Биоинформационный анализ микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции организма жителей г. Сургута с хроническими заболеваниями

Степанова, Динара Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биоинформационный анализ микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции организма жителей г. Сургута с хроническими заболеваниями
ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Биоинформационный анализ микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции организма жителей г. Сургута с хроническими заболеваниями"

На правах рукописи

СТЕПАНОВА ДИНАРА ИГОРЕВНА

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МИКРОХАОТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ ПАРАМЕТРОВ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ОРГАНИЗМА ЖИТЕЛЕЙ Г. СУРГУТА С ХРОНИЧЕСКИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

03.01.09 - Математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

005017297

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 0 20:2

Сургут - 2012

005017297

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте биофизики и

медицинской кибернетики Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты - Мансийского автономного округа - Югры»

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

НИФОНТОВА ОКСАНА ЛЬВОВНА

Официальные оппоненты:

Шевченко Николай Гаврилович доктор биологических наук, доцент

ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры; профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности»

Субботина Татьяна Игоревна доктор медицинских наук, профессор

ГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», зав. кафедрой медике биологических дисциплин Медицинского института

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежская Государственнг Медицинская Академия им. H.H. Бурденко» Минздравсоцразвития России

Защита состоится «28» мая 2012 г. в !2-00 часов на зассдани диссертационного совета Д 800.005.05 при ГБОУ ВПО «Сургутски государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры», 628400, г. Сургут, пр. Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО «Сургутски государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры».

Автореферат разослан « 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.Н. Русак

. f

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Организм жителей северных территорий РФ функционирует в условиях воздействия ряда довольно жестких климатических факторов. Последние оказывают влияние на состояние показателей здоровья населения в силу того, что часть резервов как отдельных органов, так и функциональных систем организма задействована в процессах адаптации к этим сложным условиям и направлена на формирование приспособительных реакций гомеостаза (Hill А. В., 1975; Mathew L., 1989; Рощевский М.П. и др., 1994). При воздействии экстремальных факторов: приспособляемость организма, его адаптированность достигается за счет определенных изменений, называемых «биосоциальной платой» (Авцын А.П. и др., 1985; P.M. Баевский, 1985, 2002). Длительное существование в таких условиях не может не приводить к более частому возникновению ■ предпатологических и патологических сдвигов, особенно в тех системах и органах, в которых наиболее полно задействованы резервы и выражены адаптивные перестройки (Рощевский М.П. и др., 1994).

Известно, что северяне отличаются меньшими адаптационными способностями органов дыхания и кровообращения, сниженным уровнем физического здоровья, ускоренными возрастными изменениями ряда показателей функциональных систем организма (Лабутин Н.Ю., 1994; Солонин Ю.Г., 1994). Довольно часто у лиц старшей возрастной группы выявляются определенные сдвиги приспособительных реакций, сходные по своему механизму с адаптивными изменениями при хронической гипоксии (Агаджанян H.A. и др., 1989). В этой связи изучение особенностей протекания патологических процессов в условиях Севера РФ приобретает особую остроту и актуальность.

Принято считать, что сердечно-сосудистая система является основной лимитирующей системой и интегративной с точки зрения жизнеобеспечения организма. Она чутко реагирует на изменения в-функционировании любого органа, а также характеристик окружающей среды (Березный Е.Ф. и др., 2005). В условиях Севера человек вынужден адаптироваться к холоду и резким перепадам суточных температур не только зимой, но и весной, осенью. Негативное влияние низких температур на приезжий контингент сопряжено с развитием в легких морфологических изменений, свидетельствующих о формировании специфического структурного преморбидного состояния (P.M. Баевский, 1997-2002). В складывающихся условиях становится актуальным комплексное использование методов медикаментозной терапии с различными методами восстановительной медицины в целях . улучшения качества самочувствия пациентов, их дальнейшего выздоровления и пролонгации жизни в целом.

(В.А. Карпин, В.В. Полухин, 2009). Вариабельность сердечного ритма (ВСР) может служить важным диагностическим признаком при дифференциальной диагностике заболеваний, а также при выявлении особенностей течения исследуемых форм нозологии в различных климатических условиях, в том числе на Севере РФ (Еськов В.М., 2004). Многочисленные исследования ВСР свидетельствуют, что параметры вариабельности ритма сердца раньше, чем другие функциональные показатели сигнализируют о чрезмерном воздействии факторов, так как нервная и гуморальная регуляция кровообращения изменяются раньше, чем появляются энергетические, метаболические и гемодинамические нарушения (P.M. Баевский, Г.Г. Иванов, 2000; М.Н. Ишеков, 2006). Ценность материалов, полученных при помощи методов биоинформационного анализа ВСР, подкрепляется использованием для оценки динамики поведения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) оригинальных методов, базирующихся на теории хаоса и синергетики (В.М. Еськов, A.A. Хадарцев, O.E. Филатова, 2003-2007). Эти методы основаны на исследовании параметров квазиаттракторов динамики поведения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний (ФПС), выявлении параметров порядка (ПП) и идентификации матриц межаттракторных расстояний между стохастическими и хаотическими центрами квазиаттракторов, характеризующих количественную меру эффективности лечебного воздействия комплекса физиотерапевтических воздействий (ФВ).

Цель диссертационной работы: определение закономерностей поведения вектора состояния вегетативной регуляции организма пациентов с сердечнососудистой патологией и патологией опорно-двигательного аппарата в условиях применения методов восстановительной медицины.

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:

1. В рамках методов теории хаоса и синергетики произвести биоинформационный анализ в многомерном фазовом пространстве состояний показателей вегетативной регуляции у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения комплекса ФВ.

2. С использованием методов биоинформационного анализа выявить особенности поведения вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с гипертонической болезнью (ГБ) в условиях применения методов УФВ.

3. Методом многомерных фазовых пространств выявить особенности поведения вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с сочетанной патологией (с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ) в условиях применения методов УФВ.

4. Методом идентификации матриц межаттракторных расстояний произвести оценку эффективности методов восстановительной медицины у пациентов с различными хроническими неинфекционными заболеваниями.

Связь с основными планами научных исследований. Работа выполнялась в рамках федеральной программы «Исследование поведения функциональных

систем организма человека на Севере методами многомерных фазовых пространств состояний» (Гос. per. № 01200965147)., ,,

Научная новизна работы:

Впервые доказано, что модуляция активности комплекса ФВ приводит к восстановлению вегетативного равновесия у больных обследуемых групп больных.

Закономерностью поведения параметров вегетативной регуляции в условиях влияния методов восстановительной медицины у больных с остеохондрозом позвоночника является уменьшение степени асинергизма, у больных с ГБ 2 стадии и у больных с сочетанной патологией (с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ 2 стадии) - уменьшение степени хаотичности и асинергизма.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Биоинформационный анализ в многомерном фазовом пространстве состояний показателей вегетативной регуляции у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения комплекса методов восстановительной медицины позволил установить тенденцию к уменьшению степени асинергизма.

2. В рамках методов биоинформационного анализа выявлена положительная количественная динамика в сторону уменьшения параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с гипертонический болезнью в условиях применения комплекса ФВ.

3. С применением методов биоинформационного анализа установлена тенденция к снижению параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции у больных с сочетанной патологией (с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ) после применения методов ФВ, что свидетельствует об эффективности проводимого лечебного воздействия.

4. При идентификации матриц межаттракторных расстояний в многомерном ФП для трех групп пациентов в условиях применения методов УФВ выявлены расстояния между хаотическими и стохастическими центрами анализируемых квазиаттракторов, описывающих состояние разных групп обследуемых. Значения параметров межаттракторных расстояний в группе больных с ГБ соответствует наибольшему лечебному эффекту от применения методов ФВ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Новые биоинформационные методы многомерных фазовых пространств, применяемые для анализа вегетативной регуляции организма человека, позволяют оценивать динамику компенсаторно-адаптационных возможностей организма на основе исходного статуса ФСО больных с различными хроническими заболеваниями в условиях применения методов ФВ.

2. Идентификация параметров квазиаттракторов и' параметров порядка методом покластерного сравнения параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции организма больных обеспечивает выделение наиболее важных диагностических признаков в ФСО обследуемых групп.

3. Сравнительный биоинформационный анализ матриц межаттракторных расстояний между стохастическими и хаотическими центрами квазиаттракторов целесообразно использовать для количественной оценки эффективности применения комплекса ФВ на ФСО пациентов.

Декларация личного участия автора заключается в постановке задач исследования, анализе современного состояния проблемы, получении первичных данных мониторинга показателей ВСР разных групп обследуемых, проведении исследований по выявлению закономерностей поведения параметров вегетативной регуляции организма человека в условиях применения методов восстановительной медицины..

Автором самостоятельно осуществлена статистическая обработка материалов, их интерпретация, идентификация полученных данных с привлечением новых биоинформационных методов обработки. В диссертационной работе использованы результаты исследований, выполненных и опубликованных в соавторстве с долей личного участия автора 70-80%.

Внедрение результатов исследовании:

Результаты исследований внедрены в НУЗ «Сургутская отделенческая больница на станции г.Сургут ОАО «РЖД», о чём свидетельствует акт внедрения. Результаты исследования используются в подготовке студентов биологического факультета ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа-Югры», в проведении лабораторно-практических занятий по дисциплинам «Биофизика», «Функциональные системы организма человека на Севере», «Клиническая кибернетика».

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены на Всероссийской научной конференции «Современные аспекты клинической физиологии в медицине» (г. Самара, 2008 г.), на IX Окружной конференции «Науки и инновации XXI века» (г. Сургут, 2009 г.,), на III, IV, V Международных конференциях «Информатика и системы управления» (г. Благовещенск, 2009 г., 2010 г., 2011 г.), на XI Международной конференции «Современные технологии восстановительной медицины. Профессиональное долголетие и качество жизни» (г. Сочи, 2010 г.), на VIII и IX Международной научной конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем» (г. Тольятти, 2011 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе в 1 монографии (в соавторстве), 4 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, и 11 статьях в рецензируемых журналах и научных сборниках. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из «Введения», в котором обосновывается актуальность исследования параметров ВСР у жителей г. Сургут с хроническими заболеваниями.

В первой граве представлен обзор литературных данных по современным подходам и биоинформационным методам изучения ВСР. Во второй главе «Объект и методы исследования» представляются объект исследования и методы, применяемые для исследования динамики поведения вектора состояния показателей вегетативной регуляции организма у жителей г.Сургута с использованием автоматизированного комплекса. Глава «Результаты исследований и их обсуждение» посвящена биоинформационному анализу показателей, характеризующих состояние ФСО жителей г. Сургута с позиции системного анализа и синтеза. В структуре диссертации имеются «Заключение», «Выводы», «Приложения». Список литературы включает 155 работ, в том числе 23 на иностранном языке. Текст диссертации иллюстрирован 28 таблицами и 46 рисунками.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В настоящей работе приводятся результаты исследования показателей вегетативной регуляции организма пациентов на основе анализа ВСР на базе отделения восстановительной медицины и реабилитации НУЗ «Отделенческая клиническая больница на ст. Сургут ОАО «РЖД». За период 2008-2010 г.г. обследованы больные (п=101), страдающие хроническими заболеваниями опорно-двигательного аппарата (остеохондроз позвоночника), сердечнососудистой системы (гипертоническая болезнь).

В группу наблюдений вошли: 1 группа - пациенты с остеохондрозом позвоночника, средний возраст 42,5±1,9 лет (п=31); 2 группа - пациенты с гипертонической болезнью 2 стадии, средний возраст 50,1±1,6 лет (п=50); 3 группа - пациенты с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей гипертонической болезнью 2 стадии, средний возраст 54,25±1,8 лет (п=20).

В ходе исследований использовались следующие методы:

1. Исследование параметров ВСР проводилось в два этапа с использованием аппаратно-программного комплекса «ЭЛОКС-01С2» (ЗАО ИМЦ Новые Приборы, г. Самара). Показатели снимались до влияния методов управляющего физиотерапевтического воздействия (в начале лечения: исходные данные, в первый день поступления в отделение), затем после всего комплекса физиотерапевтических процедур (перед выпиской). Мониторинг выполнялся приблизительно в сходных комфортных условиях в течение 5 минут.

2. Статистическая обработка данных производилась с использованием программного продукта STATISTICA version 6.1. В виду отличия распределения показателей ВСР от нормального (тип распределения определяли при помощи одновыборочного теста нормальности W Шапиро-Уилко) все данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха. Интерквартильный размах указывается в виде 25% и 75% процентилей. Для оценки значимости различия показателей в связанных выборках (до и после применения методов УФВ) применялся непараметрический критерий Вилкоксона, за достоверно значимые принимали различия при значениях р<0,05.

2. Исследование параметров движения вектора состояния организма обследуемых x=x(t)=(xl,x2,...,xm)' в ФПС производилось методами ТХС, в рамках которой идентифицировались параметры квазиаттракторов с использованием авторского программного продукта «Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» (НИИ БМК при СурГУ ХМАО-Югры, проф. В.М. Еськов). Метод базируется на сравнении параметров различных кластеров, представляющих биологические динамические системы (БДС), к которым могут относиться одни и те же БДС в условиях применения методов УФВ. С использованием данного программного продукта рассчитывались объемы m-мерных ФП (General V value) и расстояние между точками геометрического (хаотического) и статистического (стохастического) центров (General asymmetry value Rx) этих многомерных ФП у разных групп обследуемых. Также производился расчет и построение матриц межаттракторных расстояний движения ВСО путем идентификации расстояний Zij между центрами квазиаттракторов. Полученные расстояния представляли количественную меру приближенности (или удаленности) сравниваемых квазиаттракторов (до и после применения методов УФВ) в ФПС, по которой можно оценивать функциональное состояние организма больных в условиях применения методов УФВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ У обследованных больных выявлены следующие закономерности микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции в условиях применения методов физиотерапевтических мероприятий (таб. 1-6).

Как видно из представленных данных (таб. 1), у пациентов с остеохондрозом позвоночника, не выявлено существенной динамики показателей уровня насыщения оксигемоглобином крови обследуемых (SpO:) под воздействием комплекса ФВ: Sp02ao= SpO:„oc.le = 97,00 % (рв> 0,05).

Значения показателей СИМ и ПАР характеризовались слабой активностью (менее 15 у.е.) как до, так и после применения комплекса ФВ.

Для показателя частоты сердечных сокращений (HR) характерно достоверно значимое повышение на 7 уд.мин. (р < 0,05). Повышение HR свидетельствует о мобилизации сердечно-сосудистой системы для обеспечения работы организма в неблагоприятных условиях (например при стрессе или болезни), что указывает на повышение тонуса СИМ.

Для группы больных с остеохондрозом позвоночника превалирующим типом вегетативного тонуса, по значениям ИНБ, является нормотония: 40,00 у.е. (62 %) и 56,00 у.е. (65 %)до и после применения комплекса ФВ соответственно. После применения комплекса ФВ наблюдалась тенденция к уменьшению вагусной активности НС.

□ Гипертсимтатикотония О Симпатикатония

Ш Ваготония

□ Нормотсвшя

Доприменения УФБ После применения УФВ

Рис. 1. Процентное соотношение типов вегетативного тонуса (по ИНБ) в группе больных с остеохондрозом позвоночника, %

Таблица 1

Динамика показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения комплекса ФВ (п=31)

Показатели ВСР

1 2 3 4 5 6 7 8

Хр(Х % СИМ. у.е. ПАР. у.е. НИ. уд./м ин ИНБ, у.е. 5 [ЗЫК мс ЯМЗЯП. мс рШ50, %

; Медиана До ФВ 97.00 4,00 1 1,00 73.00 40.00 43,00 33.00 7,00

После ФВ 97,00 5.00 10,00 80,00 56.00 36.00 26.00 4,00

Оценка значимости различия (р„) 0,70 0.08 0,31 0,02* 0.12 0.38 0.12 0,12

Примечание БрОз - уровень насыщения оксигемоглобином крови обследуемых; СИМ - индекс активности симпатического отдела ВНС; ПАР индекс активности парасимпатического отдела ВИС; ИНБ индекс напряжения регуляторных систем Р М Баевского; БЭ^ стандартное отклонение ^-интервалов; КМЯБО, мс квадратный корень из среднего значения квадратов разностей величин последовательных интервалов NN1; р^50 процент последовательных интервалов NN. различие между которыми превышает 50 мс; НИ - частота сердечных сокращений; р„ - критерий достоверности различий Вилкоксона (* р 0.05; " р < 0,01; *** р < 0,001).

Временные показатели ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов ФВ имели тенденцию к снижению после методов восстановительной медицины, соответственно: с SDNNд0 = 43,00 у.е. до $ОШпосле = 36,00 у.е. (р > 0,05); с 1Ш580ДО = 33,00 у.е. до ЯМ550после = 26,00 у.е. (р > 0,05); с рШ50до = 7,00 до рШ50после = 4,00 (р > 0,05). Динамика временных показателей свидетельствует о тенденции к активации СИМ и вышестоящих центров регуляции сердечного ритма, что соответствует стимуляции иммунного ответа у данной группы пациентов.

Частотные показатели ритма сердца (УЬР, ЬР, НР, ТР и ЬР/НР) у пациентов с остеохондрозом позвоночника имеют тенденцию к некоторому снижению значений после применения комплекса ФВ (таб. 2).

Таблица 2

Динамика спектральных показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения комплекса ФВ (п=31)

Показатели ВСР

9 10 11 12 13 14 15

VL.F. мс' LF, мс' HF, мс- TP, мс" LF norm, % HF norm, % LF/HF. У.е.

СЗ I сз До ФВ 2036,00 1441,00 816,00 5362,00 62,00 38,00 1,80

CÍ «и 2 После ФВ 1716,00 1317.00 618.00 3803,00 73,00 27,00 2,65

Оценка знач имости различия (р„) 0,28 0,60 0.20 0.68 0.004** 0,005** 0,01*

Примечание. TP (Total power) - общая спектральная мощность колебаний ритма сердца; VLF - спектральная мощность ВСР в диапазоне сверхнизких частот; LF- спектральная мощность ВСР в диапазоне низких частот; HF - спектральная мощность ВСР в диапазоне высоких частот; LF/HF - отношение низкочастотной к высокочастотной составляющей мощности колебаний ритма сердца; LF norm - нормализованная спектральная мощность низких частот; HF norm - нормализованная спектральная мощность высоких частот; рв - критерий достоверности различий Вилкоксона (* - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001).

Значение показателя VLF уменьшилось с 2036,00 мс" до 1716,00 мс" (р > 0,05), что отражает позитивные тенденции микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции, так как уменьшение VLF свидетельствует о переходе организма на более высокие уровни регуляции ВНС. Также отмечалось уменьшение значения LF с 1441,00 мс" до 1317,00 мс" (р > 0,05); значение HF уменьшилось с 816,00 мс: до 618,00 мс2 (р > 0,05); значение TP уменьшилось с 5362,00 мс2 до 3803,00 мс2 (р>0,05).

Баланс отделов ВНС, LF/HF, имел тенденцию к росту от 1,80 у.е. до 2,65 у.е. после применения комплекса ФВ (р > 0,05), что характерно для активации симпато-адреналовой системы.

Показатели спектральной мощности ВСР LFnorm (увеличение) и HFnorm (уменьшение) имели достоверные изменения после применения методов УФВ: с LFnorrrijo = 62,00 % до LFnormno„e = 73,00 % (р < 0,01); с HFnormJO = 38,00 % до HFnormnoc;,e=27,00 % (р < 0,01). Значения данных показателей свидетельствуют о тенденции к активации вегетативной регуляции со стороны симпатической НС (повышение LFnorm и понижение - HFnorm).

Биоинформационный анализ показателей ВСР у обследуемых с остеохондрозом позвоночника выявил следующую тенденцию в динамике параметров квазиаттракторов в условиях применения методов ФВ (таб. 3, рис. 2, 3).

Использование алгоритма параллельной идентификации параметров квазиаттракторов ВСО человека обеспечило выделение ПП, используемых для выделения критериев, обладающих существенной значимостью при сравнительном биоинформационном анализе показателей ВСР обследуемых в

условиях применения методов ФВ. Существенными диагностическими признаками явились показатели: VLF, HF и Total Power.

Таблица 3

Идентификация параметров квазиаттракторов и параметров порядка по показателям вегетативной регуляции у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов УФВ (т=15)

До применения ФВ После применения ФВ Параметры порядка

General asymmetry value Rx = 10718.86 General V value Vx = I.33E36 General asymmetry value Rx = 10303,73 General V value Vx = 5.86E36 Z9 = 854,69 Zl 1 = 1106.46 Z12 = 938,49

между центрами двух квазиаттракторов (до и после ФВ) при исключении: Z9 - VLF; Z1 power

HF; ZI2 Total

Лрпримшения УФЕ Послеприменения УФЕ ;-рв

Рис. 2. Значения коэффициентов асимметрии (General asymmetry value Rx) и объема (General V value Vx) /5-мерного квазиаттрактора у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов ФВ, у.е

1 100 1 ООО 90S ■300 700 ¡ еез 500

Гистограмма Z

Рис. 3. Гистограмма распределения значимости показателей (1-15) при исключении отдельных признаков (Z0-Z15) у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов ФВ. Здесь 0 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов (до и после УФВ) без исключения признака; при исключении; I - SpCh; 2 - СИМ; 3 - ПАР; 4 -SDNN: 5 - И11 Б: 6 - RMSSD; 7 - pNN50; 8 - HR; 9 - VLF; Ю - l.l'fl I - HF; 12-Toial power; 13 - LF norm; 14 - HF norm; 15 - LF/HF.

У пациентов с ГБ 2 стадии при записи ВСР в условиях применения методов УФВ (таб. 4, 5) достоверных отличий не выявлено (р > 0.05).

Относительно показателей БрОз и НЯ существенной динамики под воздействием комплекса УФВ не обнаружено.

Для группы больных с ГБ 2 стадии превалирующим типом вегетативного тонуса, по значениям ИНБ, является нормотония: 66,50 у.е. (48 %) и 79,50 у.е. (48 %) до и после применения комплекса ФВ соответственно. После применения комплекса ФВ наблюдалась тенденция к уменьшению ваготонии и симпатикотонии. с тенденцией к увеличению гиперсимпатикотонии (рис. 4).

5Ш

ЕЭ Гиперсимпатикотония П С'импзшкотония u Баготония □ Нормотония

До применения УФВ Поел* применения УФВ

Рис. 4. Процентное соотношение типов вегетативного тонуса (по ИНБ) в группе больных с гипертонической болезнью 2 стадии. %

Таблица 4

Динамика показателей ВСР у пациентов с гипертонической болезнью в условиях применения комплекса ФВ (п=50)

Показатели ВСР

1 2 3 4 5 6 7 8

Sp(X СИМ. % у е. ПАР. у.е HR. уд./мин. ИНБ. у.е. S13NN. мс RMSSD. мс pNN50. %

1 | Медиана До ФВ 96.00 7.00 6.00 71.50 66,50 30.00 25.00 1,50

После ФВ 96.00 9.00 6.00 71.50 79,50 29,50 26.00 2.00

Оценка значимости различия (р„) 0.83 0.08 0.52 0.53 0.16 0.06 0.20 0.60

мртяяоляс. opv; уровень насыщения оксигемоглобином крови обследуемых; СИМ индекс активности симпатического отдела ВНС. ПАР индекс активности парасимпатического отдела ВНС; ИНБ индекс напряжения регуляторных систем P.M. Баевского; SDNN - стандартное отклонение NN-интервалов, RMSSD -квадратный корень из среднею значения квадратов разностей величин последовательных интервалов NN; pNN50 - процент последовательных интервалов NN. различие между которыми превышает 50 мс. HR - частота сердечных сокращений; рв - критерий достоверности различий Вилкоксона (* - р < 0 05 ** р < 0 01 *** - р < 0,001).

Показатель БОШ у пациентов с ГБ в условиях применения методов физиотерапевтических мероприятий имел тенденцию к снижению: с 80^до = 30,00 у.е. до 80Шпосл<: = 29,50 у.е. (р > 0,05). Отмечалась тенденция к росту показателей ЯМББО и р^50 (р > 0,05).

В целом для пациентов обследованной группы (с ГБ 2 стадии) в условиях применения методов ФВ отмечается тенденция к повышению вагусной активности, что сопровождается повышением дыхательных модуляций (увеличение высокочастотной составляющей спектральной мощности, т.е. НГД0

= 358,00 мс < HF„,

- 364,50 мс') и снижением симпатической активности 25,00 мс < RMSSDnocjle=26,00 мс и pNN50JO = 1,50 % <

(увеличение ШУ^О рШ50после=2,00%).

Таблица 5

Динамика спектральных показателей ВСР у пациентов с гипертонической болезнью в условиях применения комплекса ФВ (п=50)

Показатели ВСР

VLF, мсг

До ФВ

1461.50

После

ФВ !

-Н

1276,00

10 1 1 12 13 14

IF. ЧС" HF. мс1 ТР. мс1 LFnorm, % HFnorm.

756.00 358,00 2993,00 66,50 33,50

722.50 364,50 2603,50 60,50 39,50

0.09 0.16 0,11 0,81 0.74

0.86

Оценка значимости | 0,40 _ра:!личия_(р!1) j

Примечание. TP (Total power) общая спектральная мощность колебаний ритма сердца, VI.F - спектральная мощность ВСР в диапазоне очень низких частот; LF - спектральная мощность ВСР в диапазоне низких частот; HI- спектральная мощность ВСР в диапазоне высоких частот; LF/HF

15 [ Í Ш

2.07

1,61

частот; 1.1/111 - отношение низкочастотной высокочастотной составляющей мощности колебаний ритма сердца; ЬРпогт - нормализованная спектральная мощность низких частот; НГпогт нормализованная спектральная мощность высоких частот: рм - критерий достоверности различий Вилкоксона (* - р < 0,05. ♦*-р < 0,01; »•• - р < 0,001).

В группе больных с ГБ биоинформационный анализ показателей ВСР (таб. 6, рис. 5, 6) выявил существенную динамику в сторону уменьшения параметров квазиаттракторов после применения методов ФВ (Ухдоуфв>Уупослеуфв на 99,95%; ЯхдоуФВ>ЯупослеуФВ на 82,5%): у пациентов с ГБ до получения комплекса УФВ объем 15-мерного ФП УхдоУФВ=14,86Е36 у.е. и показатель асимметрии КхдоУФВ=44187,57 у.е., что существенно выше в сравнении с параметрами 15-мерного ФП пациентов после применения методов УФВ: УупослеУФВ=0,007Е36 у.е.; КупослеУФВ=7723,23 у.е.

Применение комплексных методов ФВ имеет однонаправленную тенденцию в динамике параметров квазиаттракторов группы больных с ГБ 2 стадии в сторону количественного уменьшения как показателя асимметрии, характеризующего меру хаотичности системы, так и объема 15-мерного ФП, ограничивающего движение квазиаттрактора, что свидетельствует об улучшении адаптационно-компенсаторных возможностей организма больных после применения методов ФВ.

Таблица 6

Идентификация параметров квазиаттракторов и параметров порядка по показателям вегетативной регуляции у пациентов с гипертонической степенью 2 стадии в условиях применения методов ФВ (т=15)

До применения ФВ После применения ФВ Параметры порядка

General asymmetry value Rx = 44187,57 General V value Vx = I4.86E36 General asymmetry value Ry = 7723.23 General V value Vy = 0,007E36 ZI0 = 3 795.28 Zll =3 804.46 Z12 = 2 091.59

Примечание, т размерность ФП: Rx - показатель асимметрии; V* - объем /i-мерного ФПС. Z - расстояние между центрами двух квазиаттракторов (до и после ФВ) при исключении: Z10 LF; Z11 - HF; Z12 - Total power.

I.1Í536 —

$ " 1=0

Рис. 5. Значения коэффициентов асимметрии (General asymmetry value Rx) и объема (General V value Vx) /5-мерного квазиаттрактора у пациентов с гипертонической болезнью 2 стадии в условиях применения методов ФВ. у.е.

Параметрами порядка, определяющими идентификацию различий параметров квазиаттракторов ВСР у пациентов с ГБ, явились показатели LF, HF, Total Power (таб. 8).

Гистограмма Z

2 60S 2 ООО 1 МО 1 300

С ! 2 3 í 5 £ 7 3 9 1011 12121415

Рис. 6. Гистограмма распределения значимости показателей (1-15) при исключении отдельных признаков (Z0-Z15) у пациентов с ГБ в условиях применения методов ФВ. Здесь 0 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов (до и после УФВ) без исключения признака: при исключении: I -Sp02: 2 - СИМ: 3 -IIAP: 4 - SDNN: 5 - ИНБ; 6 - RMSSD: 7 -pNN50; 8 - HR; 9 - VLF; 10-LF; 11 - HF; 12-Total power: 13 - LF norm; 14-HF norm- 15-LF/HF.

Для группы больных с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ 2 стадии выявлены следующие закономерности микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции в условиях применения методов ФВ (таб.

' 7, 8).

У данной группы больных не выявлено существенной динамики показателя БрО: под воздействием комплекса ФВ.

Значения показателей СИМ и ПАР характеризовались слабой активностью (менее 15 у.е.) как до, так и после применения комплекса УФВ.

Для показателя НЯ характерно достоверное повышение на 3,50 уд.мин. (р < 0,01).

Для данной больных превалирующим типом вегетативного тонуса (таб. 7), по значениям ИНБ, до применения комплекса ФВ является нормотония (53,50 у.е.). После же применения комплекса ФВ наблюдалась тенденция к преобладанию тонуса симпатического отдела ВНС (108,50 у.е.), что также сопровождалось уменьшением временных показателей ВСР: снижение значений показателей вЭШ (р<0,01), ЯМ550 (р<0,01), рШ50 (р<0,01).

В целом, в процентном соотношении, для пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ 2 стадии характерно превалирование активности симпатического звена регуляции ВНС (рис. 7).

До применения '/ФВ ГЪспегсркменекия УФВ

Рис. 7. Процентное соотношение типов вегетативного тонуса (по ИНБ) в группе больных с гипертонической болезнью 2 стадии, %

Анализ спектральных показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ выявил тенденцию к снижению показателей УЬР (р>0,05), ЬР (р<0,001), НГ (р<0,001) и соответственно общей мощности спектра ТР (р<0,001).

Таблица 7

Динамика показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей гипертонической болезнью в условиях применения комплекса ФВ (п=20)

Показатели ВСР

1 2 3 4 5 6 7 8

SpO:, % СИМ. у.е. ПАР. у.е. HR, уд./мин. ИНБ, у.е. SDNN. мс RMSSD, мс pNN50. %

Медиана До ФВ 97,00 6,00 8.50 70.00 53,50 37.00 27,00 3,50

После ФВ 97,00 11.00 2,00 73,50 108,50 24.50 23,50 1.00

Оценка знач имости различия (р„) 0,48 0,0005*** 0,009** 0,0005*** 0,007** 0.004** 0,009** 0.005**

Примечание Sp(): уровень насыщения океигемоглобином крови обследуемых; СИМ - индекс активности симпатического отдела ВНС; ПАР индекс активности парасимпатическою отдела ВИС, ИНБ - индекс напряжения регуляторных систем P.M. Баевского; SDNN - стандартное отклонение NN-интервалов; RMSSD квадратный корень из среднего значения квадратов разностей величин последовательных интервалов NN; pNN50 - процент последовательных интервалов NN, различие между которыми превышает 50 мс. HR - частота сердечных сокращений; рв критерий достоверности различий Вилкоксона (* р 0,05; ** - р < 0,01; *** р 0.001)

Таблица 8

Динамика спектральных показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей гипертонической болезнью в условиях применения комплекса ФВ (п=20)

Показатели ВСР

9 10 11 12 13 14 15

V1.F. мс2 LF, мс2 HF. мс2 ТР. мс2 LFnorm.% HFnorm. % LF/HF. у.е.

га X СЗ До ФВ 1580.00 996,50 417.00 3974,00 64.50 35,50 1.83

После ФВ 1096,00 431,00 188.50 1664.50 70.50 29,50 2.64

Оценка значимости различия L (Р.,) 0,09 . 0,004** 0,002** 0.01* 0.95 0.95 0.63

Примечание. ГР (Total power) ■ общая спектральная мощность колебаний ритма сердца; VLF - спектральная мощность ВСР в диапазоне ультранизких частот; LF - спектральная мощность ВСР в диапазоне низких частот; HF - спектральная мощность ВСР в диапазоне высоких частот; LF/HF отношение низкочастотной к высокочастотной составляющей мощности колебаний ритма сердца; LFnorm нормализованная спектральная мощность низких частот; HFnorm нормализованная спектральная мощность высоких частот. Рц - критерий достоверности различий Вилкоксона (* - р ■ 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0.001),

В условиях применения методов ФВ у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ параметры квазиаттракторов (таб. 9, рис. 8, 9) уменьшились соответственно: с ЯхдоУфВ=9068,68 у.е. до Ryno^eyoB=4293,76 у.е.; с УхдоуФВ=0,005Е36 у.е. до Vy„OCJleyoB=0,000002E36 у.е. (Ухдоуфв>УупослеуФВ на 99,96%; RxmyoB > ЯупослеУФв на 53%).

Таблица 9

Идентификация параметров квазиаттракторов и параметров порядка по показателям вегетативной регуляции у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей гипертонической степенью в условиях применения комплекса ФВ (т=15)

До применения ФВ После применения ФВ Параметры порядка

General asymmetry value Rx = 9068.68 General V value Vx = 0.005E36 General asymmetry value Rx = 4293.76 General V value Vx = 0.000002E36 Z9 = 3 511.64 Z10 = 3 649.75 Z12 = 1 922.98

Примечание, т - размерность ФП: Rx показатель асимметрии; Vx - объем /5-мерного ФПС. Z - расстояние между центрами двух квазиаттракторов (до и после УФВ) при исключении: Z9 - VI.F. ZI0 - LF: Z12 - Total power.

0.006 0,00?

5 0.003

rjl

ffi

: ■

До УФЕ

Рис. 8. Значения коэффициентов асимметрии (General asymmetry value R\) и объема (General V value Vx) /.5-мерного квазиаттрактора у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ в условиях применения методов ФВ. у.е.

Наиболее существенными диагностическими критериями у больных с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ 2 стадии явились такие показатели, как VLF, LF и Total Power (таб. 9).

Гнсшграмыа Z

3SOO

sees

2 МО

z ,***> : SCO

Рис. 9. Гистограмма распределения значимости показателей (1-15) при исключении отдельных признаков (Z.0-Z15) у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ в условиях применения методов ФВ. Здесь 0 - расстояние между центрами двух квазиатз ракторов (до и после УФВ) без исключения признака; при исключении: I -SpO,: 2 - СИМ: 3 -ПАР; 4 - SDNN; 5 - ИНБ; 6 - RMSSD; 7 - pNN50: 8-HR: 9 - VLF: 10 - LF: 11 - HF; 12-Total power; 13-LF norm; 14-HFnorm: 15-LF/HF.

Ниже отражены Зх-мерные параллелепипеды (рис. 10-12), отражающие поведение параметров ВС показателей вегетативных нарушений у больных до и после применения методов ФВ. Однако программа внутри себя строит полный т-мерный (в данной работе 15-мерный) параллелепипед, внутри которого и располагаются все измерения, которые были заданы.

Рис. 10. Положение параметров квазиаттрактора ВСОЧ в 3-х мерном ФП состояний показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника (VI.F. HF, Total Power) до (а) и после (б) применения методов ФВ,

Рис. 11.11оложение параметров квазиаттрактора ВСОЧ в 3-х мерном Ф11 состояний показателей ВСР у пациентов с I B (LF. HF, Total Power) до (а) и после (б) применения методов ФВ.

Рис. 12. Положение параметров квазиаттрактора ВСОЧ в 3-мерном ФПС показателей ВСР у пациентов с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей гипертонической болезнью (VLF, LF, Total Power) до (а) и после (б) применения методов ФВ.

Необходимо отметить, что применение инновационного биоинформационного подхода, заключающегося в идентификации параметров порядка, в данной работе позволил выделить существенные диагностические признаки (из всей совокупности используемых параметров вегетативной регуляции организма больных), не обладающие при оценке значимости различий методами классической статистики достоверными изменениями (таб. 10).

Таблица 10

Инновационный биоинформационный анализ Методы классической статистики

Остеохондроз позвоночника

VLF Z9 = 854,69 VLF p„ = 0,28 (p> 0,05)

HF ZU = 1106,46 HF p, = 0,20 (p> 0,05)

Tota! Power Z12 =938,49 Total Power p„ = 0,68 (p > 0,05)

Гипертоническая болезнь

LF ZIO = 3795,28 LF p„ = 0,09 (p > 0,05)

HF ZI 1 = 3804,46 HF p„ = 0,16(p>0,05)

Total Power Z12 = 2091,59 Total Power p„ = 0,11 (p > 0,05)

Остеохондроз позвоночника с сопутствующей ! !>

VLF Z9 --- 3511,64 VL.F p„ = 0,09 (p> 0,05)

LF Z10 = 3649,75 LF p„ = 0,004 (p< 0,01)

Total Power ZI 2 = 1922,98 Total Power p„= 0,002 (p < 0,01 )

Метод идентификации матриц межаттракторных расстояний в фазовом пространстве состояний движения вектора состояния организма обследуемых производился на основе попарного сравнения расстояний между центрами для всех пар квазиаттракторов движения ВСО пациентов до и после применения методов УФВ (таб. 11, 12).

При расчете таблиц 10 и 11 использованы данные 6-ти квазиаттракторов из 6 измерений пациентов с тремя нозологическими единицами.

Выявлены существенные различия в динамике изменения межаттракторных расстояний Zkf между стохастическими центрами и межаттракторных расстояний Тк/ между хаотическими центрами квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР у пациентов трех групп в 15-мерном ФПС при проведении методов ФВ.

При общем (суммарном) сравнении расстояний между квазиаттракторами (при сложении всех элементов столбцов) в гипотезе равномерного распределения, до применения комплекса физиотерапевтических мероприятий установлено, что большие отличия были получены для группы обследуемых с ГБ 2 стадии (26439 абсолютно и 8831 усредненно). Меньшие значения по величине данного параметра имеет группа обследуемых с сочетанной патологией (остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ (13671 абсолютно и 4557 усредненно), самые меньшие значения отмечены в группе пациентов с остеохондрозом позвоночника (5016 абсолютно и 1672 усредненно). Однако, после воздействия комплекса восстановительных мероприятий происходит приближение абсолютных и усредненных значений для трех групп больных (таб. 11).

Таблица 11

Матрица межаттракторных расстояний 7.А/(у.е.) между стохастическими центрами квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР у обследуемых групп в 15-мерном фазовом пространстве состояний до и после применения методов ФВ

ОП с СГБ

ОП До ГБ До До Сумма элементов столбцов Усредненное значение

ОП После 1 307 8013 3 878 13 198 4 399

ГБ После 2 280 9 607 5 301 17 188 5 729

ОП с СГБ После 1 429 8 873 4 492 14 794 4 931

Сумма элементов столбцов 5 016 26 493 13 671

Усредненное значение I 672 8 831 4 557

Примечание. ОП - остеохондроз позвоночника, ГБ - гипертоническая болезнь, (Ш с СГБ - остеохондроз позвоночника с сопутствующей гипертонической болезнью.

При сравнении межаттракторных расстояний между хаотическими центрами квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР, т.е. в гипотезе неравномерного распределения, у обследуемых трех групп выявлена тенденция, аналогичная значениям межаттракторных расстояний между стохастическими центрами как до, так и после применения комплекса физиотерапевтических мероприятий, но более выраженная.

Наибольшие отличия получены для группы пациентов с ГБ (138822 абсолютно и 46274 усредненно), на втором месте группа обследуемых с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ (29434 абсолютно и 98011 усредненно). Наименьшие отличия отмечаются в группе обследуемых с остеохондрозом позвоночника (12098 абсолютно и 4033 усредненно). После применения комплекса восстановительной медицины отмечается приближение значений межаттракторных расстояний во всех трех группах больных как абсолютно, так и усреднено (таб. 12).

Таблица 12

Матрица межаттракторных расстояний /А/(у.е.) между хаотическими центрами квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР у обследуемых групп в 15-мерном фазовом пространстве состояний до и после применения методов ФВ

ОП с СГБ

ОП ГБ Сумма элементов столбцов Усредненное значение

До До До

ОП После 3952 45321 9160 58 433 19 478

ГБ После 5630 48224 I 1480 62 648 20 883

ОП с СГБ После 2516 45277 8794 56 587 18 862

Сумма элементов столбцов 12 098 138 822 29 434

Усредненное значение 4 033 46 274 9811

Примечание. ОП - остеохондроз по!воночника, ГБ - гипертоническая болезнь, ОП с СГБ - остеохондроз позвоночника с сопутствующей гипертонической болезнью

Данная тенденция в параметрах межаттракторных расстояний между стохастическими центрами (таб. 11) и между хаотическими центрами (таб. 12) квазиаттракторов соответствует существенным различиям в параметрах вегетативной регуляции организма больных до применения физиотерапевтических мероприятий в трех группах пациентов, и свидетельствует об приближении к сходным компенсаторно-адаптационным возможностям после применения комплекса восстановительной медицины.

ВЫВОДЫ

1. Биоинформационный анализ параметров функционального состояния организма человека на основе вариационной пульсометрии с использованием классических методов статистической обработки данных выявил доминирование очень низкочастотной составляющей (VLF) компоненты ВСР в трех группах больных, что свидетельствует о регуляции сердечного ритма на гуморально-метаболическом уровне, который в меньшей мере способен обеспечить адекватный гомеостазис.

2. Динамика параметров квазиаттракторов в многомерном фазовом пространстве в условиях применения комплекса физиотерапевтических мероприятий у больных с остеохондрозом позвоночника свидетельствует о существенном увеличении адаптационного диапазона (прирост Д Vx +77 %) на фоне тенденции к снижению процессов асинергии (A Rx -4 %), что указывает на эффективность комплекса применяемых методов восстановительной терапии. Существенными диагностическими признаками являются показатели VLF, HF, Total Power.

3. У больных с ГБ 2 стадии выявлена закономерность существенного уменьшения параметров квазиаттракторов Vx и Rx после применения комплекса методов восстановительной медицины, что может служить индикатором эффективности применения восстановительной медицины в данной группе больных, так как свидетельствует об уменьшении меры хаотичности и асинергизма: снижение объема 15-мерного квазиаттрактора Л Vx - 99,95 % и уменьшение показателя асимметрии Д Rx - 83 %. Количественно это свидетельствует об улучшении адаптационно-компенсаторных возможностей организма больных после УФВ. Параметрами порядка, определяющими идентификацию различий параметров квазиаттракторов у пациентов с ГБ, являются показатель Total Power, LF, HF.

4. У больных с остеохондрозом и сопутствующей ГБ 2 стадии существенное уменьшение параметров квазиаттракторов Vx и Rx после применения комплекса физиотерапевтических мероприятий свидетельствует об уменьшении меры хаотичности и асинергизма: снижение объема 15-мерного квазиаттрактора Д Vx - 99,96 % и уменьшение показателя асимметрии Д Rx -53 %, что соответствует улучшению адаптационно-компенсаторных возможностях организма больных. Наиболее существенными диагностическими критериями, являются показатели Total Power, VLF, LF.

5. Анализ матриц межаттракторных расстояний движения вектора состояния организма трех групп обследуемых (с остеохондрозом позвоночника, с ГБ, с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ) позволил выявить наличие существенных различий в состояниях ФСО обследуемых до применения методов восстановительной медицины на основе анализа межаттракторных расстояний 7.kf и приближении к сходным компенсаторно-адаптационным возможностям после применения комплекса восстановительной медицины. Значения параметров Zк/в группе больных с ГБ соответствуют наибольшему лечебному эффекту от применения методов УФВ. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Биоинформационный анализ показателей вариационной пульсометрии на основе использования новых методов биоинформационного анализа целесообразно применять в клинике восстановительной медицины (при остеохондрозе позвоночника и гипертонической болезни) для диагностики общего функционального состояния организма больных.

2. На основе количественного определения влияния на организм больных лечебных мероприятий на базе измерения расстояний между центрами квазиаттракторов в многомерных фазовых пространствах, возникает возможность с более высокой достоверностью и и итеративностью реализовать скрининг-диагностику.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

Монография:

I Системный анализ, управление и обработка информации в биологии и медицине. Часть VIII. Общая теория систем в клинической кибернетике / М.Я. Брагинский. И.Н. Вечканов. А А Глушу к [и др. j. Под рел. В М Нськова, А Л Халарцева. - Самара : ООО «Офорт». 2009 - 198 с. Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Степанова Д И. Изменение параметров квазиап ракторов движения вектора состояния организма больных в условиях физиотерапевтических воздействий / Д.И. Степанова. O.A. Кошевой. В.В Полухии, К*.А. Хадарцева // Информатика и системы управления - 2009. - № 4 (22). - С 55-57.

2. Степанова Д.И. Оценка параметров аттракторов вектора состояния дыхательных функции с разными нозологическими единицами / ДИ Степанова, Ф.И. Аушева. И Ю. Добрынина. РА. Сулейменова // Информатика и системы > правления. - 2009 - № 4 (22). - С 61-63.

3. Степанова ДИ. Анализ сезонной вариабельности сердечного ритма пациенюв НУЗ «Отделенческая больница на станции Сургут ОАО «РЖД РФ» в m-мерном фазовом пространстве состояний / Д.И. Степанова, В В. Нськов. Ю.Е. Грншаева, K.M. Берестовой // Информатика и системы управления. - 2010 - №2(24).-С 109-111.

4. Степанова ДИ Метод фаювых пространств при оптимизации лечебного и лечебно-оздоровительного воздействия па пациентов / К) В Добрынин. И.Ю Добрынина. Е.Л Дроздович. Д И Степанова // Вестник новых медицинских технологий. - 2011 - Т. XVIII, №3 - С 323-325 Статьи и сообщения в научных журналах и сборниках

1. Степанова Д.И Применение методов хаотической динамики в оценке состояния вегетативного статуса пациентов с хроническими заболеваниями / И.Н. Вечканов. В В. Полухии, Д.И. Степанова. Э Д. У маров//Сборник статей Всероссийской научной конференции. -2008 -С. 169-172.

2. Степанова Д.И. Системный анализ параметров функциональных систем организма человека в условиях применения фишотерапевтических воздействий / Е.С Достовалов. O.A. Кошевой, В В. Полухии, О Л. Разуваева. Д.И. Степанова//Сборник статей Всероссийской научной конференции -2008 -С 172-174.

3 Степанова Д.И. Синерга мческая оценка показателей кардиореспираторной системы жителей Югры при неинфекционных заболеваниях / ЮЕ Гришаева, Е А Дроздович. А.А Соколова. ДИ Степанова // Экологический вестник Югории - 2U09. - Т. VI, №3. - С 47-51.

4 Степанова Д.И. Применение методов хаотической динамики в оценке состояния вегетативного статуса пациентов с хроническими заболеваниями / ДИ Степанова, Е.С. Достовалов // Наука и инновации XXI века: Материалы IX окружной конференции молодых ученых, -т.1. - 2009. - С. 140142.

5. Степанова Д.И. Системный анализ физиологических функций организма человека в условиях применения методов восстановительной медицины / В А Карпин, Д.И Степанова, Ю.Е. Гришаева, СП Шумилов // Современные технологии восстановительной медицины. Профессиональное долголетие и качество жизни: Материалы XI-й международной конференции. - 2010 - С 259-260.

6. Степанова Д. И. Метод расчета параметров квазиаттракторов и матриц межаттракторных расстояний в восстановительной медицине и реабилитологии / В Н. Голушков, В В. Еськов, Е В. Майстренко, Д.И. Степанова // Экологический вестник Югории — 20!0 — Т VII. №1 — С 57-66

7 Степанова Д.И. Сравнительный системный анализ вариабельности ритма сердца у больных остеохондрозом в условиях применения физиотерапевтических воздействий / Г С. Козупица, А А. Соколова. Д.И, Степанова // Экологический вестник Югории. - 2010. - Т VII, №2-3 - С.50-59.

8 Степанова Д.И. Сравнительный анализ эффективности использования равномерного и неравномерного распределения в восстановительной медицине / В М. Еськов, ВВ. Еськов. Д.И. Степанова, А. А. Хадарцев // Современные наукоемкие технологии. - Москва, 2010. - №12 - С.34-36.

9 Степанова Д И. Сравнительный и системный анализ вариабельности сердечною ритма больных в оценке состояния вегетативного статуса организма /ГС Козупица. Д И. Степанова. Е.Д. Волкивская // Системный анализ в медицине Материалы V-й международной научной конференции -2011. -С 163-166

10 Степанова Д.И. Синергетические методы в восстановительной медицине / Д.И Степанова, В.В Еськов, Ю.Е. Гришаева, Е.Д Волкивская // Синергетика природных, технических и социально-экономических систем: сборник статей VIII международной научной конференции. - Тольятти: Изд-воПВНУС, 20II.-С. 30-34.

11. Степанова Д И. Биоинформационный анализ хаотической динамики спектральных показателей вариабельности ритма сердца жителей Югры с хроническими заболеваниями / Степанова Д И., Нифонтова О.Л., Волкивская Е.Д:. Дроздович Е А // Наука и инновации XXI века. Материалы IX окружной конференции молодых ученых - 2011.-С. 140-142.

Список сокращений

ВСР - вариабельность сердечного ритма ВСО - вектор состояния организма ВСОЧ - вектор состояния организма ГБ - гипертоническая болезнь ОП - остеохондроз позвоночника

ОН и СТБ - остеохондроз позвоночника и сопутствующая г ипертоническая болезнь

ФВ - физиотерапевтические воздействия.

ФСО - функциональная система организма

РФ - Российская Федерация

ФПС - фазовое пространство состояний

ВНС - вегетативная нервная система

СИМ - индекс активности симпатического отдела вегетативной нервной системы ПАР - индекс активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы ИНБ - индекс напряженности регуляторных систем Р М Баевского

Формат 60x84/16. Объем 1,07 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ №517. Отпечатано на ризографе в полиграфическом отделе СурГУ, 628418, г. Сургут, ул. Лермонтова, 5.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Степанова, Динара Игоревна, Сургут

61 12-3/983

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХМАО-ЮГРЫ»

На правах рукописи

СТЕПАНОВА ДИНАРА ИГОРЕВНА

03.01.09 - математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Оксана Львовна Нифонтова

Сургут-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.......................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 6

ГЛАВА 1. Состояние функциональных систем организма человека,

проживающего на Севере РФ.................................................... 11

1.1. Общая характеристика экологических факторов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры в аспекте их влияния

на человека.................................................................. л

1.2. Актуальные вопросы изучения параметров вегетативной регуляции организма методами вариационной пульсометрии............. 26

1.3. Актуальные вопросы изучения эффективности методов восстановительной медицины в лечении больных с различными хроническими заболеваниями................................................... 40

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................... 46

2.1. Объект и традиционные методы исследования параметров вегетативной регуляции организма человека .............................. 47

2.2. Новые методы биоинформационного анализа поведения вектора состояния организма человека в многомерном фазовом пространстве состояний......................................................... 54

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 60

3.1. Биоинформационный анализ параметров вегетативной регуляции организма пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов восстановительной медицины........ 60

3.2. Параметры вегетативной регуляции организма пациентов с гипертонической болезнью в условиях применения методов восстановительной медицины в многомерном фазовом пространстве состояний..................................................................... 79

3.3. Идентификация параметров квазиаттракторов вегетативной регуляции организма пациентов с остеохондрозом и сопутствую-

щей гипертонической болезнью в условиях применения методов

восстановительной медицины........................................... 97

3.4. Сравнительный биоинформационный анализ матриц межаттрак-торных расстояний параметров вегетативной регуляции организма пациентов с различными видами заболеваний................. 116

ВЫВОДЫ............................................................................ 120

ЛИТЕРАТУРА........................................................................ 122

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 139

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

HF - Спектральная мощность высоких частот

HF norm - Нормализованная спектральная мощность высоких частот HR - частота сердечных сокращений

LF norm - Нормализованная спектральная мощность низких частот LF- Спектральная мощность низких частот

LF/HF - Отношение низкочастотной к высокочастотной составляющей

Sp02 - Уровень оксигемоглобина

Total Power - Общая спектральная мощность

VLF - Спектральная мощность очень низких частот

АД - Артериальное давление

БДС - Биологическая динамическая система

ВНС - Вегетативная нервная система

ВСР - Вариабельность сердечного ритма

ВСО - Вектор состояния организма

ВСОЧ - Вектор состояния организма человека

ГБ - Гипертоническая болезнь

ДСП - Детерминистско-стохастический подход

ИНБ - Индекс напряженности регуляторных систем P.M. Баевского

КИ - Кардиоинтервал

ККТБ - Компартментно-кластерная теория биосистем КРС - Кардио-распираторная система НС - Нервная система ОП - Остеохондроз позвоночника

ОП и СГБ — Остеохондроз позвоночника и сопутствующая гипертоническая болезнь

ПАР - Индекс активности парасимпатического отдел вегетативной нервной системы

РФ - Российская Федерация

СИМ - Индекс активности симпатического отдела вегетативной нервной сис-

темы

ТМВС - Тонический моторно-вегетативный системокомплекс ТХС - Теория хаоса и синергетики УФВ - Управляющие физиотерапевтические воздействия ФМ - Фазатон мозга

ФМВС - Фазический моторно-вегетативный системокомплекс

ФПС - Фазовое пространство состояний

ФСО - Функциональная система организма

ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ

ЦНС - Центральная нервная система

ЧСС - Частота сердечных сокращений

Введение

Актуальность работы. Организм жителей северных территорий РФ функционирует в условиях воздействия ряда довольно жестких климатических факторов. Последние оказывают влияние на состояние показателей здоровья населения в силу того, что часть резервов как отдельных органов, так и функциональных систем организма задействована в процессах адаптации к этим сложным условиям и направлена на формирование приспособительных реакций гомеостаза [111, 142, 149]. При воздействии экстремальных факторов приспособляемость организма, его адаптированность достигается за счет определенных изменений, называемых «биосоциальной платой» [1, 12, 15, 17]. Длительное существование в таких условиях не может не приводить к более частому возникновению предпатологических и патологических сдвигов, особенно в тех системах и органах, в которых наиболее полно задействованы резервы и выражены адаптивные перестройки [111].

Известно, что северяне отличаются меньшими адаптационными способностями органов дыхания и кровообращения, сниженным уровнем физического здоровья, ускоренными возрастными изменениями ряда показателей функциональных систем организма [92, 118]. Довольно часто у лиц старшей возрастной группы выявляются определенные сдвиги приспособительных реакций, сходные по своему механизму с адаптивными изменениями при хронической гипоксии [1, 2, 4]. В этой связи изучение особенностей протекания патологических процессов в условиях Севера РФ приобретает особую остроту и актуальность.

ких температур на приезжий контингент сопряжено с развитием в легких морфологических изменений, свидетельствующих о формировании специфического структурного преморбидного состояния [1, 3, 17, 37]. В складывающихся условиях становится актуальным комплексное использование методов медикаментозной терапии с различными методами восстановительной медицины в целях реабилитации больных, улучшения качества и пролонгации жизни человека на Севере в целом.

Для анализа эффективности применяемых лечебных воздействий особую значимость приобретают методы мониторинга функциональных систем организма и, в частности, неинвазивные методы вариационной пульсометрии [11-16, 21, 29, 79, 80, 87, 91, 98, 105, 108, 116, 130, 133, 137, 139, 140, 141, 143-145, 145, 147, 148, 151, 155]. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) может служить важным диагностическим параметром при дифференциальной диагностике заболеваний, а также при выявлении особенностей течения исследуемых форм нозологий в различных климатических условиях, в том числе на Севере РФ. Многочисленные исследования ВСР свидетельствуют, что параметры вариабельности ритма сердца раньше, чем другие функциональные показатели сигнализируют о чрезмерном воздействии факторов, так как нервная и гуморальная регуляция кровообращения изменяются раньше, чем появляются энергетические, метаболические и гемодинамические нарушения [11, 13]. Ценность материалов, полученных при помощи методов биоинформационного анализа ВСР, подкрепляется использованием для оценки динамики поведения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) оригинальных методов, базирующихся на теории хаоса и синергетики [7, 8, 45, 4861, 125, 126]. Эти методы основаны на исследовании параметров квазиаттракторов динамики поведения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний (ФПС), выявлении параметров порядка (ПП) и идентификации матриц ме-жаттракторных расстояний между стохастическими и хаотическими центрами квазиаттракторов, характеризующих количественную меру эффективно-

сти лечебного воздействия управляющих физиотерапевтических воздействий (УФВ).

Цель диссертационной работы: определение закономерностей поведения вектора состояния параметров вегетативной регуляции организма больных с сердечно-сосудистой патологией и патологией опорно-двигательного аппарата в условиях применения методов восстановительной медицины.

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:

2. С использованием методов биоинформационного анализа выявить особенности поведения вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с гипертонической болезнью 2 стадии (ГБ) в условиях применения методов УФВ

3. Методом многомерных фазовых пространств выявить особенности поведения вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с сочетанной патологией (с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ 2 стадии) в условиях применения методов УФВ.

Связь с основными планами научных исследований. Работа выполнялась в рамках федеральной программы «Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере методами многомерных фазовых пространств состояний» (Гос. per. № 01200965147).

Научная новизна работы:

Впервые доказано, что модуляция активности комплекса УФВ приводит к восстановлению вегетативного равновесия у больных обследуемых групп больных.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Биоинформационный анализ в многомерном фазовом пространстве состояний показателей вегетативной регуляции у пациентов с остеохондрозом позвоночника в условиях применения методов УФВ позволил установить тенденцию к уменьшению степени асинергизма.

2. В рамках методов биоинформационного анализа выявлена положительная количественная динамика в сторону уменьшения параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции у пациентов с гипертонической болезнью в условиях применения методов УФВ.

3. С применением методов биоинформационного анализа установлена тенденция к снижению параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции у больных с сочетанной патологией (с остеохондрозом позвоночника и сопутствующей ГБ) после применения методов УФВ, что свидетельствует об эффективности проводимого лечебного воздействия.

ных с ГБ соответствует наибольшему лечебному эффекту от применения методов УФВ.

Положения, выносимые на защиту:

2. Идентификация параметров квазиаттракторов и параметров порядка методом покластерного сравнения параметров вектора состояния показателей вегетативной регуляции организма больных обеспечивает диагностику наиболее важных диагностических признаков в ФСО обследуемых групп.

3. Сравнительный биоинформационный анализ матриц межаттрактор-ных расстояний между стохастическими и хаотическими центрами квазиаттракторов целесообразно использовать для количественной оценки эффективности применения методов УФВ на ФСО пациентов.

ГЛАВА 1.

СОСТОЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА, ПРОЖИВАЮЩЕГО НА СЕВЕРЕ РФ (Обзор литературы)

1.1. Общая характеристика экологических факторов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры в аспекте их влияния на человека

Ханты-Мансийский автономный округ - Югра относится к дискомфортно-экстремальным территориям, приравненным к Крайнему Северу, с умеренно суровым континентальным климатом. Продолжительность зимы в таежно-болотистой зоне 5-6 месяцев, в зоне лесотундры - 7-8 [18, 66, 95, 99, 119]. Характерными чертами климата также являются короткое холодное лето, своеобразие сезонной и суточной фотопериодичности, особенности ландшафта, флоры и фауны, высокая активность гелиофизических факторов [73, 106]. Все вышеперечисленные факторы вносят свой вклад в напряженный процесс приживаемости человека в данном регионе [86], а особенно сильное воздействие оказывается на сердечно-сосудистую систему [40, 95].

Город Сургут - промышленно-административный центр нефтегазодобывающей отрасли Ханты-Мансийского автономного округа-Югры. Его отличают резко континентальный климат с долгой суровой зимой, характеризующейся большой повторяемостью антициклональной погоды. Взаимодействие климатообразующих факторов вызывает периодическую смену циклонов и антициклонов и очень быструю изменчивость погоды, поэтому территория округа характеризуется выраженными межсуточными колебаниями климатических параметров [67, 68].

Однако нефтегазодобывающие предприятия являются не только основой промышленного производства в регионе, но и ведущим фактором негативного воздействия на состояние окружающей среды. Высокие темпы освоения нефтегазовых месторождений при недостаточной реализации приро-

доохранных мероприятий привели к резкому ухудшению экологической ситуации в округе. Объективная оценка состояния окружающей среды в урбанизированных регионах Севера может быть дана только при анализе состояния здоровья проживающего населения. Загрязнение территории продуктами нефтегазовой добычи оказывает вредное воздействие на организм человека, способствуя росту заболеваемости и хронизации патологических процессов. Неблагоприятное влияние техногенного стресса существенно усиливается специфичностью климатических факторов [62, 63, 82].

Север предъявляет к организму человека повышенные требования, вынуждая его использовать дополнительные социальные и биологические возможности защиты от неблагоприятного воздействия экстремальных факторов. Адаптация в этих условиях достигается путем напряжения и сложной перестройки гомеостаза организма. При нарушении процесса адаптации к северным высоким широтам развиваются экологически обусловленные общепатологические дизадаптивные реакции, носящие название полисиндрома полярного напряжения, одним из самых важных составляющих которого является синдром липидной гиперпероксидации (окислительный стресс) [90, 127, 128, 131].

Поэтому многие показатели здоровья людей, проживающих на северных территориях РФ, очень часто отличаются от нормы. В этой связи необходимо отметить, что в последние годы внимание к изучению этой проблемы нарастает. Проблема сохранения здоровья человека на Севере в силу ее крайней актуальности требует и новых методов изучения как самих экофакторов, так и состояния организма человека, находящегося в условиях действия этих факторов [51].

Согласно обобщенным данным ученых [70-73, 127, 128], открывших синдром полярного напряжения, одними из основных составляющих полисиндрома полярного напряжения являются следующие:

- северная тканевая гипоксия,

- иммунная недостаточность,

- нарушения электромагнитного гомеостаза,

- десинхроз,

- психоэмоциональное напряжение,

- метеопатия.

Понимание основных составляющих синдрома полярного напряжения уже сегодня позволяет проводить эффективную коррекцию дизадаптивных нарушений [127, 128].

Хаснулин и др. (2004 г.) в своей ра�

Информация о работе

Степанова, Динара Игоревна
кандидата биологических наук
Сургут, 2012
ВАК 03.01.09

Диссертация

Биоинформационный анализ микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции организма жителей г. Сургута с хроническими заболеваниями - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы