Биоинформационный анализ морфофункциональных характеристик студентов Северного вуза с разным уровнем физической активности

Рожкова, Светлана Валерьяновна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биоинформационный анализ морфофункциональных характеристик студентов Северного вуза с разным уровнем физической активности
ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Биоинформационный анализ морфофункциональных характеристик студентов Северного вуза с разным уровнем физической активности"

На правах рукописи

Рожкова Светлана Валерьяновна

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТУДЕНТОВ СЕВЕРНОГО ВУЗА С РАЗНЫМ УРОВНЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

03.01.09 - математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 АП? 2015

Сургут - 2015

005566532

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Сургутский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: НИФОНТОВА Оксана Львовна

Доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры медико-биологических дисциплин Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа — Югры «Сургутский государственный педагогический университет»

Официальные оппоненты: СУББОТИНА Татьяна Игоревна

Доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой общей патологии Медицинского института Федерального Государственного бюджетного образовательного учреждения

ВПО «Тульский государственный университет», г. Тула.

ХИМИКОВА Ольга Измаиловна

Кандидат биологических наук, преподаватель кафедры естественных наук Муниципального Бюджетного Образовательного Учреждения гимназия № 2, г. Сургут

Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный государственный медицинский университет» Минздрава РФ, г. Архангельск

Защита состоится «20» апреля 2015 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 800.005.05 при ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры», по адресу: 626412, г Сургут, пр-т Ленина, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры», по адресу: 626412, г Сургут, пр-т Ленина, д. 1 и на сайте http://www.surgu.ru

Автореферат разослан «_ » 2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических паук, профессор

ас-

С.Н. Русак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Известно, что ХМ АО - Югра относится к дискомфортно-экстремальным территориям, приравненным к крайнему Северу, с умерено суровым континентальным климатом. Характерными чертами климата являются короткое холодное лето, своеобразие сезонной и суточной фотопериодичности, особенности ландшафта, флоры и фауны, высокая активность гелиофизиче-ских факторов (Г. М. Данишевский, 1968, В. И. Хаснулин, 2000-2012). Современные условия жизни человека на Севере РФ создают острую потребность во всесторонней оценке функционирования как отдельных систем, так и всего организма в целом (В. М. Еськов, О. Е. Филатова, В. А. Рачковская, 2003, В. М. Еськов, 2002-2010, В. А. Карпин, 2003, В. И. Корчин, О. Л. Нифонтова, 2007, В. И. Корчин, Т. Я. Кор-чина, 2009). Поддержание удовлетворительного состояния вегетативных функций является важнейшим показателем успешности процессов адаптации, особенно при оценке влияния уровня физической активности на морфофункциональные характеристики человека (Н. А. Агаджанян и др., 2007).

Сегодня роль физической активности, как фактора повышения адаптационных резервов организма человека, хорошо известна. Отдельный интерес представляет сравнение функциональных параметров организма студентов с разным уровнем физической активности, постоянно проживающих в специфичных климатических условиях Севера РФ, в рамках нового подхода теории хаоса-самоорганизации (С. И. Логинов, 2004; О. Г. Коурова, 2004; В. М. Еськов и др., 2009). Для физиологов и специалистов в области биологии сложных систем несомненный интерес представляет изучение структуры сердечного ритма, так как он является индикатором многих отклонений, возникающих в ре-гуляторных системах, и может рассматриваться как наиболее ранний прогностический признак нарушений адаптационного процесса при воздействии различных факторов внешней среды, включая физическую активность (В. А. Карпин, 2003).

Комплексный анализ больших массивов данных можно решить путем использования методов биоинформационного анализа в рамках теории хаоса-самоорганизации биосистем, разработанных школой профессора В. М. Еськова (В. М. Еськов и др., 2010). Применение инновационных подходов в идентификации параметров порядка и расстояний между центрами квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний позволяет по-новому трактовать теоретическое описание состояния функциональных систем (А. А. Хадарцев и др., 2007; В. М. Еськов и др., 2010).

Цель работы: методом многомерных фазовых пространств выявить особенности изменения функционального состояния организма студентов, проживающих на Севере РФ, с учетом уровня физической активности.

Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. С применением метода биоинформационного анализа провести сравнительный анализ антропометрических параметров студентов северного вуза с разным уровнем физической активности.

2. Осуществить идентификацию системно-значимых количественных показателей кардиогемодинамики студентов с разным уровнем физической активности в условиях урбанизированной экосистемы с учетом параметров квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний вектора организма обследованных студентов.

3. Произвести сравнительный анализ групповых и индивидуализированных матриц межатгракторных расстояний морфофункционапьных параметров студентов с разным уровнем физической активности.

4. С использованием метода расчета матриц межатгракторных расстояний выявить закономерности поведения параметров квазиаттракторов у студентов с разным уровнем физической активности.

Научная новизна работы.

В работе впервые с использованием системного анализа и синтеза, на основании изученных морфофункциональных параметров студентов 17-22 лет, постоянно проживающих в специфичных климатических условиях ХМАО - Югры, изучены особенности основных лимитирующих систем, на которые влияют разные уровни физической активности.

Биоинформационный анализ показал преобладание мезоморфного типа телосложения в группе студентов с высоким уровнем физической активности. В группе с нормальной физической активностью преобладали умеренная и выраженная брахиморфия.

С позиции теории хаоса-самоорганизации биосистем получены новые данные о состоянии сердечно-сосудистой системы студентов с разным уровнем физической активности в условиях ХМАО - Югры.

Получены новые данные о состоянии вегетативной нервной системы, как для групповых измерений, так и для отдельного студента при разном уровне физической активности путем расчета матриц межатгракторных расстояний движения вектора состояния организма человека в климатических условиях ХМАО — Югры.

Научно-практическая значимость 1. Методы биоинформационного анализа позволяют более информативно оценить значимость уровня физической активности, влияющей на процесс жизнедеятельности человека в климатических условиях ХМАО - Югры.

2. Выявлены существенные различия в параметрах квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека в многомерном фазовом пространстве среди студентов с высоким уровнем физической активности, относящиеся к параметрам компонентного состава тела, параметрам гемодинамики и электрической активности сердца.

3. Применение нового метода биоинформационного анализа с ранжированием показателей морфофункционального состояния позволяет минимизировать число измеряемых параметров и использовать наиболее значимые из них в процессе мониторинга за состоянием основных функциональных систем организма студентов.

4. Самостоятельную научно-практическую значимость имеют теоретические аспекты исследования функциональных особенностей организма студентов ХМАО - Югры, которые существенно дополняют имеющиеся сведения о влиянии климатических факторов внешней среды на регуляторные механизмы и их связь с уровнем физической активности.

Внедрение результатов исследования. Полученные результаты исследования используются в учебном процессе Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Сургутский государственный педагогический университет», муниципального бюджетного учреждения «Районное управление спортивных сооружений» и муниципального бюджетного вечернего (сменного) образовательного учреждения открытой (сменной) общеобразовательной школы № 1.

Апробация работы. Основные результаты исследования изложены на: Международной научно-практической конференции «Академическая мобильность студентов: возможности и перспективы» (Сургут, 2008), V Международной научно-практической конференция «Образование и здоровье. Экономические, медицинские и социальные проблемы» (Пенза, 2010), VI Международной научно-практической Интернет-конференции «Альянс наук: ученый - ученому» (Днепропетровск, 2011), VII Международной научно-практической Интернет-конференции «Альянс наук: ученый - ученому» (Киев, 2012). Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса, 2012). II Всероссийской научно-практической конференции «Здоровая образовательная среда — здоровое поколение» (Тюмень, 2013).

Личный вклад автора. Автором был собран и обработан первичный материал обследования студентов с разным уровнем физической активности, проведено исследование компонентного состава

тела, сердечно-сосудистой системы, обработки полученных результатов. Автором самостоятельно осуществлена статистическая обработка данных, расчет параметров квазиаттракторов ВСО студентов с разным уровнем физической активности их интерпретация с позиций теории хаоса и синергетики и анализа данных. Доля личного участия автора в совместных публикациях составляет 70-85%.

Публикации

По материалам исследования опубликовано 18 печатных работ, в том числе 6 работ в журналах, рекомендуемых в перечне ВАК Министерства образования и науки РФ, глава в коллективной монографии.

Объем п структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 3-х глав (теоретическая часть, материалы и методы исследования, результаты исследования и их обсуждение), заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (236 источников, в том числе 212 отечественных и 24 зарубежных). Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и содержит 23 таблицы и 12 рисунков.

Положения, выносимые на защиту

1. Специфическое влияние климатических условий ХМАО - Югры на морфофункционалыюе состояние организма студентов с разным уровнем физической активности можно оценить наиболее полно и достоверно только при использовании комплексного подхода и биоинформационного анализа на базе теории хаоса-самоорганизации.

2. Закономерности изменения параметров кардиогемодинамики у студентов с разным уровнем физической активности необходимо оценивать индивидуально для прогноза текущего функционального состояния основных лимитирующих систем.

3. Применение биоинформационного анализа в оценке показателей электрической активности сердца обеспечивает идентификацию параметров порядка у студентов с разным уровнем физической активности.

4. Анализ специфики вегетативного обеспечения жизнедеятельности организма студентов позволяет проводить донозологическую диагностику с учетом уровня физической активности.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом данного исследования явились студенты 1-4 курсов в возрасте от 17 до 22 лет государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Сургутский государственный педагогический университет» проживающих на территории автономного округа более 10 лет в количестве 188 человек. Испытуемые были разделены

на 4 группы: I группа - девушки с нормальным уровнем физической активности (НУФА), п=62; II группа - девушки с высоким уровнем физической активности (ВУФА), п=48; III группа - юноши с НУФА, п=46; IV группа - юноши с ВУФА, п=32. Средний возраст студентов в группах с НУФА составил 19,00±0,20 лет, а в группах с ВУФА -19,00±0,12 лет. Согласно этическим нормам Хельсииской декларации (2000 г.) от каждого студента было получено информированное согласие на использование данных в научных целях.

Исследования проводили в стабильный период учебного года (ноябрь-декабрь) с 8 до 11 часов. Для конституциональной оценки измеряли длину и массу тела, окружность грудной клетки (ОГК) в трех фазах. Рассчитывали весо-ростовые индексы, включая Кетле (ИК), площадь поверхности тела (Б) и тип телосложения по индексу Верве-ка-Воронцова (индекс стении), определяли количественный состав массы тела. Для оценки состояния периферической гемодинамики методом Н.С. Короткова измеряли систолическое (СД) и диастолическое артериальное давление (ДД), рассчитывали пульсовое давление (ПД), коэффициент выносливости (КВ) и экономичности кровообращения (КЭК), индекс функциональных изменений (ИФИ). Для оценки состояния центральной гемодинамики рассчитывали систолический (СО) и минутный объем крови (МОК) по Старру, индексы: сердечный (СИ), ударный (УИ), индекс кровообращения (ИКр), типы кровообращения -по методике Савицкого. Оценку основных функций миокарда и вегетативной регуляции осуществляли в положении лежа, в состоянии относительного покоя методом электрокардиографии (ЭКГ) и вариационной пульсометрии (Р. М. Баевский и др., 1997-2000) с помощью кардиоанализатора «Анкар-131» (Россия). Скорость записи ЭКГ составляла 50 мм/с и производилась в 12 отведениях. На бумажный носитель выводилась информация о студенте, ЭКГ и таблицы амплитудно-временных параметров кардиоцикла (12 отведений), электрическая ось сердца (ЭОС), оформление результатов в виде словесного заключения, гистограммы и скатерграммы ЯЯ и ЧСС, мода (Мо), среднеквадратиче-ское отклонение ЯЛ (СКО), вариационный размах (ВР), индекс вегетативного равновесия (ИВР), индекс напряжения (ИН).

В работе использованы новые подходы теории хаоса-самоорганизации (ТХС), которые основаны на анализе параметров аттракторов ВСОЧ, меняющихся под действием уровня физической активности. Последний (ВСОЧ) базируется на сравнении параметров различных кластеров, представляющих биологические динамические системы (БДС). Эти методы основаны на идентификации объема аттракторов ВСОЧ в фазовом пространстве «Программа идентификации параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния биосистем в ш-мерном фазовом пространстве» (В. М. Еськов с соавт., 2001-2013 гг.). В. М. Есь-ков, М. Я. Брагинский, С.Н. Русак, А. А. Устименко, Ю. В. Добрынин.

Свидетельство № 2006613212 от 13.09.2006 г.). Систематизация материала выполнялась с применением программного пакета электронных таблиц Microsoft EXCEL, статистические расчеты с применением программного продукта Stati stica version 6.1. Проверка данных на соответствие закону нормального распределения оценивалась на основе вычисления критерия Шапиро-Уилка. При параметрическом распределении данных использовался критерий Стьюдента, при отсутствии нормального распределения - Манна-Уитни и Вилкоксона. Достоверность различия считали при р<0,05, р<0,01, р<0,001.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Биоинформационный анализ и синтез динамики поведения ВСОЧ в разных многомерных пространствах стояний проводили в рамках теории хаоса-самоорганизации с учетом разных координат, характеризующих функциональное состояние организма студентов с учетом уровня физической активности.

Оценка компонентного состава массы тела показала, что как у девушек, так и у юношей с ВУФА прослеживалось преобладание мышечной (на 4,73% у девушек и на 8,85% у юношей) и костной тканей (на 17,43% у девушек и на 11,12% у юношей), в сравнении с аналогичными показателями в тендерных группах студентов с НУФА. В группах с НУФА жировой компонент массы тела был выше на 14,2% у юношей и 8,8% у девушек, в сравнении с аналогичными показателями в тендерных группах студентов с ВУФА. Выявлены достоверные различия (р<0,05, р<0,01) в пределах одной тендерной группы.

Индекс стении (Ис) позволил выявить направленность ростовых процессов у обследуемых нами студентов имея важное достоинство -малую зависимость от возраста. Выявлено, что в группе с НУФА преобладали девушки и юноши с умеренной и выраженной брахиморфией, характеризующейся преобладанием поперечного роста над продольным. В группе с ВУФА преобладали студенты с мезоморфным типом, характеризующимся средним вариантом размеров тела. Это подтверждалось данными основных антропометрических параметров. Выявленные особенности носили достоверный характер как в группах девушек, так и у юношей (р<0,05 и р<0,01 соответственно).

В рамках биоинформационного анализа идентификации параметров вектора состояния организма девушек и юношей (рис. 1) с учетом компонентного состава массы тела было выявлено, что показатель объема (vX) и асимметрии (гХ) квазиаттракторов у девушек с ВУФА в несколько раз ниже, чем у девушек с НУФА. Аналогичная картина наблюдалась у юношей.

Рис. 1. Идентификация параметров квазиаттракторов на примере компонентного состава массы тела студентов с разным уровнем физической активности в многомерном фазовом пространстве состояний, где по оси X - масса мышечной ткани, по оси Y - масса жировой ткани, по оси Z - масса костной ткани.

Примечание: а - девушки с НУФА, б - девушки с ВУФА.

Объем квазиатгракторов у девушек с ВУФА равен 183,18 у.е., а у девушек с НУФА vX в 19 раз больше и равен 3 507,75 у.е. Показатель асимметрии у девушек с ВУФА в 3,4 раза превышает таковой у девушек с НУФА (1,85 у.е., 6,29 у.е. соответственно). Показатель гХ у юношей с ВУФА составил 2,82 у.е., а у юношей с НУФА - в 1,5 раза больше (4,16 у.е.). Такие высокие значения параметров КА вектора состояния юношей с НУФА могут указывать на большой разброс стохастических и хаотических параметров квазиаттракторов вектора состояния организма юношей с НУФА, что подтверждается большими значениями доли жировой ткани и меньшими значениями мышечной и костной тканей, чем у юношей с ВУФА.

В таблицах 1 и 2 представлены матрицы межаттраткорных расстояний хаотических и статистических квазиатгракторов параметров компонентного состава массы тела студентов с разным уровнем физической активности. Сравнивая расстояния между центрами хаотических Z,y (у.е.) К А (табл. 1) выявлено, что наибольшие расстояния имеются у группы юношей с НУФА, абсолютный суммарный показатель которого равен 15,51 у.е. (х=3,88 у.е.), наименьшее расстояние у юношей с ВУФА, при этом абсолютный суммарный показатель равен 11,06 у.е. ( ^=2,76 у.е.).

Таблица 1

Матрица межаттракторных расстояний г,у (у.е.) между центрами хаотических квазиаттракгоров параметров компонентного состава массы тела студентов с различным уровнем физической активности в 3-х мерном фазовом пространстве

Юноши Девушки

ВУФА (п=32) НУФА (п—46) ВУФА (п=48) НУФА (п=62)

Юноши ВУФА 0 3,75 2,94 4,37

НУФА 3,75 0 6,06 5,70

Девушки ВУФА 2,94 6,06 0 2,89

НУФА 4,37 5.70 2,89 0

\ II.06 15.51 11,89 12.96

X 2.76 3.88 2.97 3.24

Примечание: компонентный состав массы тела: содержание жировой ткани, мышечной ткани, костной ткани.

Совершенно иная картина наблюдалась при расчете матриц межаттракторных расстояний между центрами статистических квазиаттракторов, где самый высокий абсолютный суммарный показатель выявлен у девушек с ВУФА, равный 21,07 у.е. (Х=Ъ,91 у.е.), а наименьшие показатели у девушек и юношей НУФА (15,84 у.е., х =3,96 у.е.; 15,87 у.е., А" =3,97 у.е. соответственно).

Таблица 2

Матрица межаттракторных расстояний г*/(у.е.) между центрами статистических квазиаттракторов параметров компонентного состава массы тела студентов с разным уровнем физической активности в 3-х мерном фазовом пространстве

7-.ii (у.е.) Юноши Девушки

ВУФА (п=32) НУФА (п=46) ВУФА (п=48) НУФА (п=62)

Юноши ВУФА 0 7.20 3,81 7,19

НУФА 7,20 0 8,64 0,03

Девушки ВУФА 3,81 8,64 0 8,62

НУФА 7,19 0,03 8,62 0

27 18.2 15.87 21.07 15.84

X 4.55 3.97 5,27 3,96

Примечание: компонентный состав массы тела: содержание жировой ткани, мышечной ткани, костной ткани.

Таким образом, проведенное нами антропометрическое исследование студентов позволило выявить ряд различий, дающих представление об особенностях женского и мужского соматического типа у молодых людей, постоянно проживающих в климатических условиях Севера РФ и имеющих разные уровни физической активности.

Нами проведены исследования параметров периферической и центральной гемодинамики (табл. 3).

Таблица 3

Показатели параметров гемодинамики студентов с разным уровнем физической активности (М±ш)

Уровни физической активности

Показатели Девушки Юноши

Нормальный Высокий Нормальный Высокий

(п=62) (п=48) (п=46) (п=32)

СД, мм рт.ст. 134,39±1,04** 120,6910,79** 129,2711,28** 119,010,65 **

ДД. мм рт.ст. 82,36±0.74 79,6710,82 81,5210,85 76,66Ю,66

ПД, мм рт.ст. 52,03±0,87* 41,0210,75* 47,75+1,05** 42,3410,89**

ЧСС, уд/мин 82,88+1,14 65,9410,97 80,9311,21 64,89Ю,93

КВ, у.е 16,513,68* 13,6512,22* 16,7313,70** 14,3212,73**

КЭК, у.е. 2795,87188,22* 2842,76+78,16* 2605,59+96,85** 2820,30+99,38**

ИФИ, у.е. 4.1910,03** 2,10Ю,02** 2,39Ю,04** 3,4310,03**

СО, мл 57,1910,70* 62,8210,78* 56,9010,65 72,38+0,83

МОК, мл 4511,14188,31* 3825,71+84,56* 4588,56186,93* 3873,781102,19*

УИ, мм/мин/м2 43,6310,50* 31,2410,45* 49.91+0,65* 36,5510,50*

Икр, мл/кг/мин 78,4112.03** 37,3612.51** 76.27+2,03** 93,3312,70**

СИ л/мин м2 2,9510,06* 2,25+0,05* 2,80Ю,05* 1,9710,06*

Примечание: *, ** - достоверные различия в исследуемых группах с разной физической активностью, р<0,05, р<0,01.

Сравнительная оценка показателей функций сердечно-сосудистой системы позволила установить, что такой интегральный показатель как ЧСС, отражающий хронотропный механизм работы сердца, во всех обследуемых группах студентов реагировал на уровень физической активности. Исследованиями установлено, что более высокая ЧСС определялась у девушек и юношей с НУФА, которая несколько превышала возрастные нормы (М.К. Осколкова и др., 2001). В группах с ВУФА ЧСС находились в пределах возрастных норм.

Одним из интегральных показателей деятельности сердечнососудистой системы, отражающем инотропные свойства сердца является величина артериального давления. В наших исследованиях параметры СД у студентов показали некоторое превышение возрастных

норм в группе девушек с НУФА. Выявлено, что СД у девушек с ВУФА на 13,7 мм рт.ст. ниже, чем в группе НУФА (р<0,01). Аналогическая тенденция была характерна и для групп юношей (у юношей с НУФА СД было выше на 10,27 мм рт.ст. (р<0,01)).

Так как ДД увеличивается с возрастом в меньшей степени, чем СД, то растет их разность — ПД. Такие изменения улучшают кровоснабжение различных органов тела. Согласно данным, полученным в наших исследованиях (табл. 3), ПД демонстрировало достоверно более высокие показатели в группах студентов с НУФА (р<0,01).

Определение ряда гемодинамических параметров позволило вычислить КВ и КЭК (табл. 3). Анализ данных свидетельствовал о более низких возможностях системы кровообращения у студентов с НУФА. Показатели КВ в этих группах преобладали на 2,85 у.е. -у девушек и на 2,41 у.е. - у юношей над таковыми у студентов с ВУФА. Полученные нами результаты в группах ВУФА значения КВ укладывались в параметры нормы, что отражало уровень тренированности студентов. Нами выявлены достоверные различия по анализируемому показателю как в группах девушек, так и в группах юношей (р<0,05, р<0,01 соответственно). Средние значения КЭК не выходили за пределы нормы в обеих группах студентов. В группах девушек и юношей с ВУФА КЭК имел более высокие значения, чем в группах с НУФА (р<0,05 и р<0,01 соответственно). Следует отметить, что в обеих половых группах ВУФА значения КЭК приближались к верхней границе нормы, что может свидетельствовать о повышении риска перетренированности.

Уровень адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы, оцениваемый нами по ИФИ, напрямую зависит от ряда антропометрических и гемодинамических параметров. Следует отметить, что средние значения показателя ИФИ у девушек и юношей с ВУФА укладывались в параметры достаточной адаптации. Выявлены достоверные различия в обеих половых группах (р<0,01). Показатели ИФИ у девушек и юношей с НУФА соответствовали состоянию функционального напряжения. Студентов с неудовлетворительной адаптацией и ее срывом нами не выявлено.

При оценке типов кровообращения (рис. 2) установлено, что средние значения СИ у девушек и юношей с ВУФА соответствовали гипокинетическому типу кровообращения (ГТК). Персональный анализ данных показал, что ГТК наблюдался у 77% девушек и 81%) юношей, с гиперкинестическим типом кровообращения (ГрТК) в этой группе встречалось 17% девушек и 12% юношей и всего 6% девушек и 7% юношей имели эукинетический тип кровообращения (ЭТК).

59%

27%

--- 17%

рщи 6% . 7%

Девушки с НУФА Девушки с ВУФА Юноши с НУФА Юноши с ВУФА

□ Гипокенетический ■ Гиперкинетический □ Эукинетический

Рис. 2. Удельный вес типов кровообращения у студентов разным уровнем физической активности (%), где по оси X - частота встречаемости типов кровообращения

В группах девушек и юношей с НУФА 59% девушек и 65% юношей имели ГрТК, ГТК — 27% девушек и 24% — юношей и ЭТК — 14% девушек и 11% юношей.

В таблице 4 представлены значения параметров КА вектора состояния организма юношей и девушек с различным уровнем физической активности по показателям центральной гемодинамики. Установлено, что объемы многомерного параллелепипеда, внутри которого движется вектор состояния системы организма девушек и юношей, и расстояния между геометрическим и статистическим центрами КА отличаются в зависимости от уровня их физической активности: у девушек с ВУФА уХ равен 1,32*10 у.е., гХ равен 488,90 у.е.; у девушек с НУФА уХ равен 5,61 * I О17 у.е., гХ равен 1308,82 у.е., а также у юношей с ВУФА уХ равен 2,96* 10 у.е., а у юношей с НУФА уХ на порядок больше и равен 1,16*10' у.е. При этом и показатель асимметрии у юношей с ВУФА в 1,8 раза меньше, чем у юношей с НУФА: 231,70 у.е. и 411,22 у.е. соответственно.

Таблица 4

Параметры квазиаттракторов показателей гемодинамики студентов с разным уровнем физической активности в 10-ти и 11-ти мерном фазовом пространстве состояний

Параметры ква шатракторов (У-с) Периферическое кровообращение (т=10)

Юноши Девушки

НУФА (п=46) ВУФА (п=32) НУФА (п=62) ВУФА (п=48)

гХ 258,79 81,006 11 97,60 933,83

УХ 7.40*1014 1,32*1014 7,007*10" 2,07*10"

Центральная гемодинамика (т=11)

гХ 411,22 231,70 1308,82 488,90

уХ 1,16*1016 2,96*1015 5,61 *1017 1,32*10"

Примечание: расчет гемодинамических параметров КА производили с учетом В, М, Ь, СД, ДД, ПД, ЧСС, КВ, КЭК, ИФИ, СО, СИ, УИ, Икр.

Таким образом, биоинформационный анализ параметров вектора состояния организма девушек с различным уровнем физической активности показал, что наиболее синергична система организма девушек с ВУФА, о чем свидетельствуют наименьшие объемы параметров КА, чем у девушек с НУФА. В связи с этим можно утверждать, что и компенсаторно-адаптационные возможности их организма выше, чем у девушек, у которых показатель физической активности нормальный.

В таблицах 5-6 представлены матрицы межаттракторных расстояний КА по параметрам периферического кровоснабжения и центральной гемодинамики у обследуемых групп студентов.

Таблица 5

Матрица межаттракторных расстояний г,у (у.е) между центрами хаотических квазиаттракторов по параметрам гемодинамики у студентов с различным уровнем физической активности в 10-ти и 11-ти мерном фазовом пространстве

Периферическое кровообращение

Юноши Девушки

ВУФА (п=32) НУФА (п=46) ВУФА (н=48) НУФА (п=62)

Юноши ВУФА 0 951,27 282,05 1 051,84

НУФА 951,27 0 670,79 104,38

Девушки ВУФА 282,05 670,79 0 770,56

НУФА 1 051,84 104,38 770,56 0

£ 2 285,16 1 726.44 1 723,4 1 926,78

X 571,29 431,61 430,85 481,69

Центральная гемодинамика

Юноши ВУФА 0 552.46 238,42 1 101,07

НУФА 552,46 0 317.009 549,51

Девушки ВУФА 238,42 317,009 0 863,72

НУФА 1 101,07 549,51 863,72 0

/ 891,95 1418,98 / 419,15 2 514,3

X 472.99 354,74 354,78 628.57

Примечание: расчет матриц гемодинамических параметров КА производили с учетом СД, ДД ПД, ЧСС, КВ, КЭК, ИФИ, СО, СИ, УИ, Икр

Общий анализ матриц межаттракторных расстояний между центрами хаотических КА по параметрам периферического кровообращения студентов с различным уровнем физической активности (тал. 5) показал наибольшее расстояние у юношей с ВУФА (абсолютный суммарный показатель равен 2285,16 у.е., А'=571,29 у.е.), а наименьшие у девушек с ВУФА (суммарный показатель 1723,4 у.е., ^-=430,85 у.е.) и юношей с НУФА (1726,44 у.е., ^=431,61).

В таблице 6 представлен набор межаттракторных расстояний между статистическими КА по параметрам периферического кровообращения студентов, которые отличаются от показателей хаотических КА. Установлено, что наибольшее расстояние наблюдалось у девушек с НУФА, суммарный показатель равен 4941,52 у.е. (д-=1235,38 у.е.), а наименьшие расстояния выявлены аналогично с центрами хаотических КА: у девушек с ВУФА (суммарный показатель равен 2599,34 у.е. х =649,83 у.е.) и у юношей с НУФА (суммарный показатель 2599,29 у.е., л'=649,82 у.е.). Идентичная картина наблюдалась и между центрами хаотических и статистических КА вектора состояния их организма. Так, наибольшее расстояние между центрами хаотических КА отмечено у девушек с НУФА (суммарный показатель равен 2514,3 у.е. X =628,57 у.е.), наименьшее расстояние отмечено у юношей с НУФА (¿"=1418,98 у.е., л* =354,74 у.е.) и у девушек с ВУФА (2=1419,15 у.е., х =354,74 у.е.).

Таблица 6

Матрица межаттракторных расстояний г*/(у.е) между центрами статистических квазиаттракторов по параметрам гемодинамики у студентов с различным уровнем физической активности в 10-ти и 11-ти мерном фазовом пространстве

Периферическое кровообращение

Юноши Девушки

ВУФА (п=32) НУФА (п=46) ВУФА (п=48) НУФА (п=62)

Юноши ВУФЛ 0 772.72 1 099.89 2 271,26

НУФА 772,72 0 327,88 1 498.69

Девушки ВУФА 1 099.89 327,88 0 1 171,57

НУФА 2 271,26 1 498,69 1 171,57 0

у 4 ¡43.87 2 599.29 2 599,34 4941.52

у I 035.97 649.82 649,83 1235.38

Центральная гемодинамика

Юноши ВУФА 0 732,17 298,83 2 056,45

НУФА 732,17 0 434,99 1 324,39

Девушки ВУФА 298,83 434.99 0 1 758,59

НУФА 2 056.45 1 324,39 1 758.59 0

Г 3 087,45 2 491.55 2 492.41 5 139,43

Л" 771.86 622.89 623.10 1 284.86

Примечание: расчет матриц гемодинамических параметров КА производили с учетом СД, ДЦ, ПД, ЧСС, КВ, КЭК, ИФИ, СО, СИ, УИ, Икр.

В результате расчета матриц межаттракторных расстояний между статистическими центрами КА установлено наибольшее расстояние у девушек с НУФА (суммарный показатель равен 5139,43 у.е. Л'=1284,86 у.е.), наименьшее расстояние выявлено у юношей с НУФА (¿=2491,55 у.е., А-=622,89 у.е.) и у девушек с ВУФА (¿=2492,41 у.е., * =623,10 у.е.).

В обследованных нами группах студентов проводилась регистрация синусового ритма у студентов с разным уровнем физической активности.

В таблице 7 представлены расчеты матриц межаттракторных расстояний между центрами хаотических КА с учетом электрокардиографических параметров студентов. Так, наибольшее расстояние между центрами установлено у юношей с ВУФА (2=896,18 у.е., X =224,04 у.е.), наименьшее у юношей с НУ ФА (2Г=620,56 у.е., Х=155,14 у.е.).

Таблица 7

Матрица межаттракторных расстояний щ (у.е.) между центрами хаотических квазиаттракторов по параметрам электрокардиографии студентов с различным уровнем физической активности в 11-тн мерном фазовом пространстве

Юноши Девушки

ВУФА НУФА ВУФА НУФА

Юноши ВУФА 0 252,65 363,82 279,71

ПУФА 252,65 0 193,64 174,27

Девушки ВУФА 363,82 193,64 0 246,58

НУ ФА 279,71 174,27 246,58 0

т 896,18 620,56 804,04 700,56

X 224,04 155.14 201.01 175.14

Анализ матриц расстояний между центрами статистических квазиаттракторов показал (табл. 8), что наибольший параметр отмечается у девушек с ВУФА (¿7=1234,95 у.е., Х=308,74 у.е.), наименьший параметр отмечается у юношей с НУ ФА (2=827,7 у.е., х =206,92 у.е.).

Таблица 8

Матрица межаттракторных расстояний г*/(у.е.) между центрами статистических квазиаттракторов по параметрам электрокардиографии студентов с разным уровнем физической активности в 11-ти мерном фазовом пространстве

Юноши Девушки

ВУФА НУФА ВУФА НУФА

Юноши ВУФА 0 260,62 354,57 318,57

НУФА 260,62 0 415,79 151.29

Девушки ВУФА 354,57 415,79 0 464,59

НУФА 318,57 151,29 464,59 0

2" 933,76 827,7 1 234,95 934.45

233,44 206,92 308,74 233,61

Анализ показателей вариационной пульсометрии позволил получить информацию о текущем уровне взаимодействия звеньев регуляции сердечного ритма. Показатели, отражающие временную характеристику синусового сердечного ритма, рассматриваются как интегральные параметры реактивности, в первую очередь вегетативного гомеокинеза, как одного из важнейших ее звеньев.

Индекс напряжения регуляторных систем характеризует активность механизмов симпатической регуляции, так как он чрезвычайно чувствителен к изменению тонуса симпатической нервной системы, в том числе при физической нагрузке. В наших исследованиях, согласно ИН, состояние эйтонии было характерно для юношей с ВУФА (92,75+5,00 усл.ед.) и для девушек с НУФА (193,87+9,77 усл.ед.). Девушки с ВУФА и юноши с НУФА имели значения ИН, соответствующих умеренной симпатикотонии. Достоверные различия выявлены как в группах девушек (р<0,05), так и в группах юношей (р<0,01).

Выявленные особенности подтверждались большими объемом К А вектора состояния организма девушек с ВУФА и значением асимметрии. Так, у девушек с ВУФА уХ равен 3,63* 1013 у.е., а у девушек с НУФА уХ на порядок меньше и равен 7,76*1012 у.е.; гХ у девушек с ВУФА равен 59,003 у.е., гХ у девушек с НУФА в 2,4 раза меньше и составил 24,65 у.е.

Таблица 9

Идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния организма студентов с разным уровнем физической активности методом вариационной пульсометрии в 8-мн мерном фазовом пространстве

Параметры квазиагракторов (У-е) Юноши Девушки

НУФА (п=46) ВУФА (п=32) НУФА (п=62) ВУФА (п=48)

гХ 50,53 10.15 24.65 59.003

уХ 3,49*10" 1,66*10Ш 7,76*1012 3,62*10в

Примечание: расчет параметров КА синусового сердечного ритма проводили с учетом показателей МО, АМо, ИМ, <5Т по Базетту, СКО, ВР, ИВР, ИН.

По результатам анализа параметров синусового сердечного ритма студентов с разным уровнем физической активности установлено, что наибольшее расстояние между центрами хаотических квазиаттракторов (табл. 10) у юношей с ВУФА, абсолютный суммарный показатель которого равен 1227,03 у.е. (х=306,76 у.е.), а наименьшее расстояние между хаотическими центрами установлено у девушек с ВУФА, при этом суммарный показатель составил 530,67 у.е. (х=132,67 у.е.).

Нами установлено, что объем КА вектора состояния организма юношей с ВУФА составил 1,66*1010 у.е., тогда как у юношей с НУ ФА этот показатель на один порядок меньше и составил 3,48*10" у.е. Расстояние между геометрическим и статическим центрами КА (гХ) у юношей с ВУФА равен 10,15 у.е., у юношей с НУФА этот показатель в 5 раз больше и равен 50,53 у.е. Меньшие значения параметров КА у студентов с ВУФА говорит о более стабильной и синергичной системе их организма, т.е. при воздействии на их организм слабых и умеренных внешних управляющих воздействий (раздражителей) происходит оперативное реагирование сердца на эти воздействия. Следовательно, и состояние адаптационно-компенсаторных механизмов организма юношей с ВУФА лучше, чем с юношей с НУФА.

Аналогичная картина отмечалась и при расчете матриц межат-тракторных расстояний статистических КА, где наибольшее расстояние выявлено у юношей с ВУФА, абсолютный суммарный показатель которого равен 1277,41 уе. у.е. (х=319,35 у.е.), а наименьшее расстояние между статистическими центрами у девушек с ВУФА, при этом суммарный показатель составил 573,44 у.е. (Х=143,36 у.е.).

Таблица 10

Матрица межаттракторных расстояний г,у (у.е.) между центрами хаотических квазиаттракторов по параметрам вариационной пульсометрии студентов с разным уровнем физической активности в 8-ми мерном фазовом пространстве

Юноши Девушки

ВУФА НУФА ВУФА НУФА

Юноши ВУФА 0,00 400,62 406,73 419,68

НУФА 400,62 0,00 55,73 91,75

Девушки ВУФА 406,73 55,73 0,00 68,21

НУФА 419,68 91,75 68,21 0,00

£ 1227,03 548,1 530,67 579,64

X 306,76 137,02 132,67 144,91

Примечание: расчет матриц КА синусового сердечного ритма проводили с учетом показателей МО, АМо, ИМ, ОТ по Базетту, СКО, ВР, ИВР, ИН.

Таблица 11

Матрица мсжаттракторных расстояний г»/(у.с.) между центрами статистических квазиаттракторов по параметрам вариационной пульсометрии студентов с разным уровнем физической активности в 8-ми мерном фазовом пространстве

Юноши Девушки

ВУФА НУФА ВУФА НУФА

Юноши ВУФА 0.00 420,92 419,31 437,18

НУФА 420.92 0.00 76,29 76,23

Девушки ВУФА 419.31 76,29 0,00 99,12

НУФА 437.18 76,23 99,12 0,00

¡277,41 573.44 594,72 612,53

X 319.35 143.36 148,68 153.13

Примечание: расчет матриц КА синусового сердечного ритма проводили с учетом показателей МО, АМо, ИМ, ОТ по Базетту, СКО, ВР, ИВР, ИН

Таким образом, мы можем утверждать, что использование современных биоинформационных программ для идентификации матриц межаттракторных расстояний параметров вектора состояния организма студентов с различным уровнем физической активности является эффективным методом для определения качественных и количественных изменений в организме.

ВЫВОДЫ

]. Установлено, что в группе студентов с высоким уровнем физической активности в 80,75% прослеживается преобладание телосложения с мезоморфными пропорциями, а в группе студентов с нормальным уровнем физической активности 67,8% наблюдается преобладание телосложения на фоне умеренной и выраженной бра-химорфии. Это можно увидеть в количественных закономерностях динамики поведения ВСО студентов в рассчитанных матрицах межаттракторных расстояний. 2. Биоинформационный анализ параметров вектора состояния организма девушек с различным уровнем физической активности, показывает, что наиболее синергична система организма студентов, у которых высокий уровень физической активности, о чем свидетельствуют наименьшие объемы параметров КА, чем у девушек с НУ ФА. В связи с этим можно утверждать, что и компенсаторно-адаптационные возможности их организма выше, чем у девушек, у которых показатель физической активности нормальный.

3. Высокий уровень физической активности отражается большим объемом квазиаттракторов и значением асимметрии в показателях биоэлектрической активности сердца студентов, постоянно проживающих в климатических условиях ХМАО - Югры.

4. Количественные закономерности динамики поведения ВСО и рассчитанные матрицы межаттракторных расстояний позволили оценить состояние вегетативной нервной системы как в групповых измерениях, так и у отдельного студента при разном уровне физической активности.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Полученные результаты на основе анализа параметров квазиаттракторов вектора состояния организма студентов с разным уровнем физической активности могут быть использованы для первичного отбора студентов, занимающихся спортом.

2. Установленные закономерности в динамике поведения вектора состояния организма студентов с разным уровнем физической активности целесообразно использовать для количественной оценки степени эффективности тренировочных занятий в условиях ХМАО - Югры.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография:

1. Власова C.B. Эколого-физиологический портрет коренного населения ХМАО-Югры / О.Л. Нифонтова, В.И. Корчин, Т.Я. Корчина, H.H. Меркулова, В.А. Лобова // Коллективная монография. - Ханты-Мансийск,'2012. - С. 6-55.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК при соискании ученой степени кандидата наук:

1. Власова C.B. Биоинформационный анализ показателей функционального психологического состояния и качества жизни педагогов ХМАО - Югры / Е.А. Багнетова, О.Л. Нифонтова, Е.Р. Шарифуллина // Современные проблемы науки и образования. - 2012. -№ 1.

2. Власова C.B. Системный анализ амплитудных и временных показателей электрокардиографии школьников Среднего Приобья / О.Л. Нифонтова, Т.Я. Корчина, И.В. Сорокун // В мире научных открытий. -2012. - № 2.2 (26). - С. 204-223.

3. Власова C.B. Учет физической активности и физиометрических показателей студенток в учебном процессе / О.Л. Нифонтова // Вестник Сургутского государственного педагогического университета. -2012. — № 1 (16).-С. 156-162.

4. Власова C.B. Адаптация сердечно-сосудистой системы студентов к физическим нагрузкам / O.JL Нифонтова, JI.B. Соколовская // Фундаментальные исследования.-2012.-№ 11. - Часть 6. — С. 1320-1323.

5. Рожкова C.B. Биоинформационный анализ основных антропометрических параметров студентов с разным уровнем физической активности / O.J1. Нифонтова // Вестник Сургутского государственного педагогического университета. - 2014. - № 3 (30). - С. 82-86.

6. Рожкова C.B. Сравнительные особенности параметров сердечнососудистой системы студентов обского Севера РФ / O.J1. Нифонтова // Вестник новых медицинских технологий. - Тула, 2015. - Режим доступа: http/\vw\v.medtsu.tula.ru/VNMT/ea\t.html

Статьи, опубликованные в других журналах и научных

сборниках:

1. Власова C.B. Влияние климатических условий Югры на функциональное состояние лимитирующих систем организма студентов / O.JI. Нифонтова // V Международная научно-практическая конференция «Образование и здоровье. Экономические, медицинские и социальные проблемы». - Пенза, 2010. - С. 81-84.

2. Власова C.B. Физиологические показатели сердечно-сосудистой системы студенток Северного вуза с разным уровнем физической активности / O.JI. Нифонтова // Материалы VI Международной научно-практической Интернет-конференции «Альянс наук: ученый -ученому» 2011 год. - Днепропетровск, 2011. - С. 3-7.

3. Власова C.B. Биоэлектрическая активность миокарда школьников Западной Сибири / О.Л. Нифонтова // Материалы VI Международной научно-практической Интернет-конференции «Альянс наук: ученый - ученому» 2011 год. - Днепропетровск, 2011. - С. 7-9.

4. Власова C.B. Функциональные изменения в системе кровообращения при адаптации к физическим нагрузкам / О.Л. Нифонтова // Сборник научных трудов «Личность как субъект инноваций» (выпуск 2). - Чебоксары, 2011. - С. 23-28.

5. Власова C.B. Изучение корреляционных связей математических показателей вариоционной пульсометрии и ЭКГ показателей школьников Югры / О.Л. Нифонтова, А.Г. Привалова, C.B. Ма-линкин, А.А. Иост // Северный регион: наука, образование, культура. - Сургут: Изд-во СурГУ, 2011. - № 2 (24) - С. 37-40.

6. Власова C.B. Методы системного анализа в изучении биохимических показателей организма коренного и некоренного населения Югры / О.Л. Нифонтова, А.Г. Привалова, П.Н. Христофоров, А.В. Наго-вицин 11 Северный регион: наука, образование, культура. - Сургут: Изд-во СурГУ, 2011. - № 2 (24) - С. 72-79.

7. Власова C.B. Теоретические аспекты проблемы адаптации организма студентов к физическим нагрузкам / О.Л. Нифонтова // Материалы VII Международной научно-практической Интернет-конференции «Альянс наук: ученый — ученому» 2012 год. — Киев, 2012. — С. 25-28.

8. Власова C.B. Индивидуально-типологические особенности развития студенток с учетом конституциональной соматотипологии / O.JI. Нифонтова, JT.B. Соколовская // Сборник научных трудов: «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» Международная научно-практическая конференция 19-30 июня 2012. - Одесса, 2012. - С. 70-73

9. Рожкова C.B. Функциональные возможности организма человека с разным уровнем физической активности в условиях Севера / O.J1. Нифонтова, В.Ю. Коньков, Ю.А. Юсифов // «Здоровая образовательная среда - здоровое поколение». Материалы II всероссийской научно-практической конференции 25 апреля 2013 г. / Отв. ред. доктор биологических наук, профессор H.H. Гребнева. - Тюмень: ТОГИРРО, 2013.-С. 51-53.

Ю.Власова C.B. Биоинформационный анализ хаотической динамики положения электрической оси сердца учащихся Югры / O.JI. Нифонтова, А.Г. Привалова, Ю.А. Юсифов // Сложность. Разум. По-стнеклассика, 2013. -№ 3. -С. 30-35. 11. Рожкова C.B. Criteria of somatic status of the students of Yugra / O.JI. Нифонтова, А.Г. Привалова, Ю.В. Карбаинова, E.B. Фомина, C.B. Коломиец // Материалы III международной исследовательской и практической конференции. - Канада, 2013. - С. 92-95.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ЧСС - частота сердечных сокращений

ДД - диастолическое артериальное давление

СД - систолическое артериальное давление

ПД - пульсовое давление

СО - систолический объем

МОК-минутный объем крови

KB - коэффициент выносливости

КЭК — коэффициент экономичности кровообращения

СИ - сердечный индекс

УИ - ударный индекс

S - площадь поверхности тела