Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоинформационный анализ параметров организма больных хронической обструктивной болезнью легких с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких на Севере

ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Биоинформационный анализ параметров организма больных хронической обструктивной болезнью легких с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких на Севере"

На правах рукописи

ЕФИМОВА Ольга Владимировна

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНИЗМА БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ С СОПУТСТВУЮЩИМИ МАЛЫМИ ФОРМАМИ ТУБЕРКУЛЕЗА ЛЕГКИХ НА СЕВЕРЕ

03.01.09 - Математическая биология. Биоинформатика (медицинские науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

5 ДЕК 2013

Сургут-2013

005542682

005542682

Работа выполнена в Лаборатории биокибернетики и биофизики сложных систем при ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры».

Научный руководитель: УШАКОВ Валерий Феофанович,

доктор медицинских наук, профессор БГОУ ВПО «Ханты - Мансийская медицинская государственная академия ХМАО -Югры».

Официальные оппоненты: СУББОТИНА Татьяна Игоревна,

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», медицинский институт, д.м.н., профессор, зав. кафедрой медико-биологических дисциплин;

АУШЕВА Фирдос Иссаевна, к.м.н., заведующая отделением функциональной диагностики БУ ХМАО — Югра «Сургутская окружная клиническая больница»

Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Сибирский государственный

медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ

Защита диссертации состоится 29.12.2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета при ГБОУ ВПО «Сургутском государственном университете» по адресу: 628412, г. Сургут, ул. Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сургутского государственного университета по адресу: 628412, г. Сургут, ул. Ленина, 1.

Автореферат разослан «_» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 800.005.05, кандидат биологических наук, доцент

С.Н. Русак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Методы первичной и вторичной профилактики ХОБЛ в сочетании с туберкулезом легких в особых экологических условиях высоких широт в настоящее время полностью не разработаны. Вопросы лечения, профилактики обострений бронхо-легочной инфекции и осложнений при ХОБЛ в сочетании с туберкулезом на урбанизированном Севере, непосредственно связанные с особенностями течения ХОБЛ, недостаточно изучены и не учитываются при составлении региональных стандартов (В.Ф. Ушаков, 2006).

Особенно эта проблема актуальна в экстремальных условиях высоких широт, где клиника ХОБЛ отличается более тяжелым течением, относительно быстрым развитием осложнений и более высоким уровнем смертельных исходов (С.Н. Русак, 2008; В.А.Карпин, 2008; Р.Н. Жи-вогляд, 2008).

При сочетании ХОБЛ и туберкулеза легких, наблюдается синдром взаимного отягощения, чаще развивается хроническая дыхательная, сердечная недостаточность, неблагоприятный исход туберкулеза легких, ХОБЛ (В. А. Карпин, 2003)

Современный этап развития естествознания в целом и клинической медицины, в частности, характеризуется активным внедрением наряду с существующими двумя (детерминистским и стохастическим) подходами инновационного третьего подхода, базирующегося на теории хаоса и самоорганизации (ТХС). Характеристики параметров фазового пространства (интегративные параметры интервалов устойчивости организма, показатель асимметрии), существенно зависят от стадии и степени выраженности патологических нарушений (В.М. Еськов, 2009; A.A. Хадарцев, 2007; И.Ю. Добрынина, 2007). Идентификация с помощью инновационных подходов в рамках теории хаоса и самоорганизации (ТХС) параметров порядка важнейших диагностических признаков и расстояний между центрами квазиатгракторов в фазовом пространстве состояний организма, с использованием методов системного анализа и синтеза в рамках компартментно-кластерной теории биосистем, представляет возможность для клиники ХОБЛ дать принципиально новую трактовку теоретического описания динамики, диагностики и лечения патологического процесса (В.М. Еськов, O.E. Филатова, 2011; A.A. Хадарцев с соавт., 2009).

Применение методов системного анализа и синтеза в медицинских исследованиях демонстрирует новый подход в клинической кибернетике, что является актуальной задачей современного этапа любых

биомедицинских исследований (В.М. Еськов, 2012, М.А. Филатов, 2012). Это касается изучения параметров кардиореспираторной системы у больных с микст-патологией.

Сейчас такой новый подход в оценке всех этих процессов разрабатывается Сургутской научной школой в области медицинской кибернетики на основе новой синергетической парадигмы. Этот подход приближает нас к персонифицированному (индивидуальному) подходу в медицине и обеспечивает переход от среднестатистического пациента к каждому конкретному больному (В.М. Еськов, A.A. Хадарцев, 2012).

Цель диссертационной работы: в рамках стохастического и хаотического биоинформационного анализа сравнить и оценить эффективность влияния различных видов консервативного лечения, реабилитации больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких в условиях Югры.

Задачи исследования.

1. Изучить стохастическую динамику параметров показателей кардиореспираторной системы и показателей качества жизни, влияющих на течение ХОБЛ с сопутствующим туберкулезом в Югре.

2. В рамках биоинформационного анализа, в многомерном фазовом пространстве, провести идентификацию квазиаттракторов поведения вектора состояния показателей кардиореспираторной системы и качества жизни больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза на Севере.

3. С помощью нейросетей провести идентификацию параметров порядка показателей на фоне лечения, т.е. выделить наиболее важные диагностические признаки.

4. Проанализировать матрицы межаттракторных расстояний и сопоставить результаты с клиническими данными для оценки эффективности лечения.

Связь с основными планами научных исследований. Работа выполнялась в рамках федеральной программы «Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере РФ методами многомерных фазовых пространств состояния» (Гос. per. № 01200965147), согласно плану научных исследований кафедры госпитальной терапии Медицинского института ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» и лаборатории функциональных систем организма при научно-исследовательском институте биофизики и медицинской кибернетики.

Научная новизна работы:

1. Впервые проведен сравнительный анализ стохастических и синергетических методов в изучении особенностей динамики параметров кардиореспираторной системы, качества жизни при применении

усовершенствованных технологий диспансеризации, реабилитации больных ХОБЛ с МФТЛ, с ХОБЛ средней, тяжелой степени тяжести, обеспечивающих оптимальную подготовку больных ХОБЛ с МФТЛ к оперативному лечению

2. Впервые проведена идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния организма больных ХОБЛ с МФТЛ в условиях применения различных видов консервативного лечения.

3. Впервые с помощью нейросетей проведена идентификация параметров порядка в процессе диспансеризации больных ХОБЛ с МФТЛ, обладающие существенной диагностической значимостью.

4. Впервые с помощью анализа матриц межаттракторных расстояний и сопоставления результатов с клиническими данными, оценены значения V общей асимметрии и общий объем многомерного парал-лепипеда при консервативной терапии больных ХОБЛ с МФТЛ, применяемой врачами первичного звена в условиях Югры.

Научно-практическое значение работы.

Биоинформационный анализ параметров различных видов консервативного лечения больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) с малыми формами туберкулеза легких (МФТЛ) по влиянию на кардиореспираторную систему (КРС) и качество жизни, на основе использования современных компьютерных технологий, дает возможность своевременно оценить эффективность лечения и подготовки для хирургического лечения больных туберкулезом легких. Биоинформационный анализ функциональных показателей в процессе лечения, позволяет решать задачи выделения наиболее значимых диагностических признаков, которые в системном анализе и синтезе определяются как собственно параметры порядка. Характеристики фазового пространства существенно зависят от степени выраженности патологических нарушений у больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких. И могут использоваться для ранней диагностики и профилактики этой микст-патологии.

Метод идентификации объемов квазиаттракторов и расчет матриц межаттракторных расстояний целесообразно внедрять в работу медицинских учреждений, так как это позволит своевременно проводить хирургическое лечение туберкулеза легких и способствует более ранней социальной адаптации таких больных.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику Сургутского клинического противотуберкулезного диспансера, консультативно-диагностическую поликлинику Сургутской окружной клинической больницы, а также используются в учебном процессе БГОУ ВПО ХМГА на курсах повышения квалифика-

ции медицинских работников, при обучении врачей-интернов (имеются акты внедрения).

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на Национальных конгрессах пульмонологов (Благовещенск, 2007, Санкт-Петербург, 2003; Москва, 2005, 2006; Казань, 2007), на XV Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», на обществе терапевтов г. Сургута (2011, 2010). В материалах V научной конференции «Системный анализ в медицине», в г. Благовещенске в 2011 г.

Публикации. По материалам исследования опубликовано более 10 печатных работ, в том числе 5 статей в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста и состоит из введения, главы 1 «Обзор литературы», главы 2 «Объект и методы исследования», главы 3 «Результаты собственных исследований и их обсуждение», заключения, выводов, практических рекомендаций. Текст диссертации иллюстрирован 10 таблицами и б рисунками. Список литературы содержит 258 источников, из них 147 отечественных и 111 иностранных авторов.

Личный вклад автора. Заключался в анализе современного состояния проблемы, внедрения алгоритма идентификации параметров поведения вектора состояния кардиореспираторной системы и показателей качества жизни у больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза на Севере в /»-мерном фазовом пространстве состояний. При непосредственном участии автора идентифицированы матрицы межаттракторных расстояний в фазовом пространстве состояний при изучении влияния различных видов лечения, выделены параметры порядка.

Автором самостоятельно осуществлена статистическая обработка материалов, их интерпретация и анализ данных. Весь первичный материал для диссертационного исследования собран непосредственно автором. В диссертационной работе использованы результаты исследований, выполненных и опубликованных в соавторстве. Доля личного участия автора 70-80 %.

Положения, выносимые на защиту.

1. Биоинформационный анализ, в рамках теории хаоса и самоорганизации, обеспечивает объективное описание закономерности изменений параметров различных показателей кардиореспираторной системы и качества жизни, на фоне консервативной терапии, и адекватно дополняет данные сравнительного статистического анализа.

2. Метод идентификации параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния в многомерном фазовом пространстве показате-

лей кардиореспираторной системы и качества жизни, в условиях применения различных видов лечения, доказывает наибольшую эффективность терапии у больных первой и третьей группы.

3. Многофакторный биоинформационный анализ параллельной идентификации параметров квазиаттракторов вектора состояния кардиореспираторной системы, позволяет выделить критерии, обладающие существенной диагностической значимостью (параметры порядка).

4. Метод идентификации матриц межаттракторных расстояний показывает наибольшую эффективность фармакотерапии у больных первой и третьей группы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом настоящего исследования явились больные хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких из числа жителей г. Сургута - крупного (около 300 тыс. жителей) промышленно-административного центра нефтегазодобывающей отрасли Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. В условиях УХМАО - Югры СКПТД и СОКБ был проведен анализ результатов комплексных клинических, биохимических, бронхологических исследований.

Обследование проводилось в два этапа. На первом этапе проанализирована на протяжении 5 лет динамика обращаемости в зависимости от экологической обстановки в регионе 202 больных (из них во II стадии ХОБЛ было - 130 больных, в III стадии ХОБЛ - 69, в IV стадии ХОБЛ - 3 больных) в поликлинику УХМАО - Югры СКПТД по поводу малых форм туберкулеза легких с обострением ХОБЛ. Больные были в возрасте от 36 до 72 лет. Средний возраст составил 45,6 ± 10,3 лет, продолжительность заболевания - от 3 до 26 лет. Контрольную группу практически здоровых в возрасте от 17 до 67 лет (средний возраст 42,0 ±3,8 года) составили 22 человека.

На втором этапе оценивались различные подходы к лечению и реабилитации больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза. Всего под наблюдением находились 169 больных, среди них было 127 мужчин и 42 женщины, которых, в зависимости от поставленных задач разделили на 3 группы: I, И, III. Лечение туберкулеза проводилось в рамках приказа № 109 (чаще по I режиму химиотерапии), согласуясь с рекомендациями Уральского НИИ Фтизиатрии.

Группа I (58 больных). Проводилось комплексное динамическое обследование (в течение 3 лет) (18 женщин и 40 мужчин) ХОБЛ средней, тяжелой степени с сопутствующими малыми формами тубер-

кулеза легких в среднем возрасте 39,19 ± 12,95 с продолжительностью заболевания от 6 до 28 лет. Больным было обеспечено: контрольное обследование и коррекция ступенчатой терапии (10—14 раз в году) с использованием симбикорта (4,5 мкг формотерола/160 мкг будесонида) по 1 вдоху 1 раз в день + спирива (18 мкг) по 1-2 вдоха в день + теопек (0,3 г) 1—2 раза в день + ежегодные курсы сингуляром. Кроме того, программа ведения этой подгруппы больных включала: антиоксиданты (аскорбиновая кислота по 1,0 г в сутки и токоферол по 0,2 г 1 раз в день), ЛФК, дыхательную гимнастику, дозированные прогулки на открытом воздухе (при температуре —5 до -20 °С) в октябре, феврале № 20, курсы массажа по методике Суходоловой Л.И., микросауны № 5—10 осенью, зимой, весной; в ноябре, январе курсы приема циклоферона № 10, ультрафиолетовое облучение в ноябре, декабре), БОС (методику биологической обратной связи), обучение в пульмонологической школе.

Группа П (92 больных). Во 2-группу (II) вошли больные ХОБЛ с МФТЛ (32 женщины и 60 мужчин в среднем возрасте 36,05 ± 11,86), (2 с тяжелой степенью ХОБЛ, 90 со среднетяжелой ХОБЛ) с продолжительностью заболевания (ХОБЛ) от 8 до 12 лет, которые состояли на диспансерном учете по общепринятой методике. Контрольное обследование и коррекция ступенчатой терапии у них проводилась 3-6 раз в году; у 58 % лиц данной группы применялись ингаляционные бронхо-литики (беродуал, атровент, сальбутамол) нерегулярно. У 18 больных II группы (17 со среднетяжелой степенью, 1 с тяжелой степенью ХОБЛ), которую составили 7 женщин и 11 мужчин в среднем возрасте 38,27 ± 13,33, в кабинете была проведена регистрация ПОС, ОФВ,, МОС25, МОС75 на аппарате "Superspiro", затем пациенту предлагалось совершить прогулку на открытом воздухе при температуре -20 °С, -25 °С в течение 30 минут, после чего регистрация спирографических показателей проводилась повторно.

В группу Ш вошли 40 больных (12 женщин и 28 мужчин в среднем возрасте 41,2 ± 3,6 со среднетяжелой степенью ХОБЛ, с тяжелой степенью ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза легких), с длительностью заболевания от 6 до 26 лет. Больным назначали ступенчатую терапию амбулаторно, аналогичную первой (I) группе.

В научной работе, наряду с общеклиническим обследованием использовали следующие методы:

- рентгенологические: крупнокадровая флюорография, цифровая флюорография, рентгенография (аппарат "Sirescop" фирмы "Siemens");

- функциональные: спирографические показатели изучали на аппарате "Superspiro" (Великобритания); ультразвуковое исследование осуществлялось на УЗ-системе "Vivid" (General Electric, США),

БопоБсаре (Китай) с использованием низкочастотного датчика 2,5-3 Мгц натощак; исследования качества жизни с использованием опросника БР-36.

Комплексное ультразвуковое исследование внутрисердечной гемодинамики проводилось на аппарате векторным датчиком с частотой 3,5 и 2,5 Мгц с использованием М-, В- и допплеровских режимов (им-пульсно-волнового, непрерывного, цветного допплера) с использованием компьютерной обработки полученных данных по стандартной методике прекардилаьной ЭХО-КГ с синхронной записью ЭКГ во II стандартном отведении.

Определение объемов правого желудочка проводилось по общепринятой методике из двух ортогональных плоскостей сечения. Рассчитывали: конечно-диастолический объем и конечно-систолический объем ПЖ, ударный и сердечный индекс, фракцию изгнания ПЖ.

Давление в ЛА определяли с помощью импульсной допплеро-графии по общепринятой методике. Рассчитывали систолическое давление, среднее давление в ЛА и общее легочное сопротивление.

Расчет максимального систолического давления в легочной артерии (СДЛА, мм рт.ст.) осуществляли по скорости струи трикуспидаль-ной регургитации в режиме непрерывно волнового допплера по формуле: СДЛА = систолическое давление ПЖ = систолический транстрикус-пидальный градиент давления + давление в правом предсердии.

Электрокардиограмму регистрировали в 12 общепринятых отведениях на аппарате СагсПтах (Германия) при калибровке 1 МУ-1см и скорости лентопротяжки 50 мм/сек. Анализ ЭКГ включал оценку электрической оси сердца, признаков перегрузки и гипертрофии правых и левых отделов сердца.

Системное артериальное давление измеряли по методу Н.С. Ко-роткова.

Исследовали показатели вентиляционной функции легких: жизненной емкости легких (ЖЕЛ), объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ[), максимальной объемной скорости выдоха на уровне 25 % ФЖЕЛ (МОС25), максимальной объемной скорости выдоха на уровне 50 % ФЖЕЛ (МОС50), максимальной объемной скорости выдоха на уровне 75 % ФЖЕЛ (МОС75).

Работа одобрена этическим комитетом Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры». От каждого обследованного человека получено информированное согласие на использование материалов в научных исследованиях.

Статистическая обработка проводилась с учетом распределения признаков в группах: после проверки нормальности распределения (критерий Шапиро - Уилка), для определения качественных признаков использовался критерий Достоверными считали различия со статистически значимой границей <0,05. Достоверность различий оценивали с помощью парного /-критерия Стьюдента при параметрическом распределении данных. Анализ корреляционных взаимосвязей переменных проводили при параметрическом распределении данных методом линейного корреляционного анализа Пирсона. Для оценки динамики показателей на фоне лечения использовался парный метод анализа по Вилкоксону.

Анализ результатов параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния кардиореспираторной системы и качества жизни производился с помощью зарегистрированной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в ш-мерном фазовом пространстве» и программного продукта « Klasters». С помощью данных программ была смоделирована динамика вектора состояния кардиореспираторной системы и качества жизни на фоне двух видов фармакотерапии, а также получены значения показателя асимметрии (General asymmetry value (гХ)) и общего объема многомерного параллелепипеда (General value (гХ)). Определены параметры порядка (наиболее важные диагностические признаки) и матрицы межат-тракторных состояний в оценке изменений кардиореспираторной системы и качества жизни на фоне фармакотерапии. Были рассчитаны расстояния в оценке изменений показателей кардиореспираторной системы и качества жизни на фоне фармакотерапии. Были рассчитаны расстояния между центрами квазиаттракторов (zy) до лечения и после, а также (Zij) между фактическим состоянием организма и гипотетической нормой (согласно нормативно-технической документации). Регистрировались параметры кардиореспираторной системы и качества жизни каждого больного и группы в целом. Эти параметры образовывали наборы (компартменты) диагностических признаков в пределах одной фазовой координаты х, - из набора всех координат ш-мерного фазового пространства с одинаковыми диагностическими характеристиками. При этом каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма человека) задавался точкой в этом фазовом пространстве так, что группа пациентов образовывала некоторое «облако» (квазиаттрактор) в фазовом пространстве состояний. Разные группы создавали разные квазиаттракторы, позволяющие рассчитывать расстояния (г*/) (к и/- номера групп обследуемых) между центрами хаотических или стохастических квазиаттракторов, которые образовывали матрицу Z. Полученные матрицы предоставили возможность описать

состояние кардиореспираторной системы и качества жизни в зависимости от вида фармакотерапии. Расстояния между центрами к-го и /го хаотического (или стохастического) квазиаттракторов количественно представляют степень близости (или, наоборот, удаленности) этих двух сравниваемых квазиаттракторов в ФПС, что характеризует интегратив-ную меру оценки эффективности лечебного воздействия на кардиорес-пираторную систему и качество жизни больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких на Севере.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты классической статистической обработки параметров кардиореспираторной системы и качества жизни представлены в таблицах 1,2, 3.

Таблица 1

Динамика показателей кардиореспираторной системы, качества жизни больных I группы в процессе диспансеризации и реабилитации (Ме и 0,05; 0,95 ДИ); (N=40),

до после XV Р г

жел, % 62,1 (55-,65) 64,2 (57; 70) -878,0 <0,001 5,334

офв,,% 50 (35,9; 60) 62,5 (51,8; 74,1) -800,0 <0,001 5,376

мер25, % 33 (25; 51,05) 58 (45,95; 72) -816,0 <0,001 5,485

меизо, % 42,6 (36; 46) 45,2 (38; 49) -846,0 <0,001 5,274

фа, % 32 (25,95; 38,1) 64 (52; 72) 780,0 <0,001 5,440

ПЖ, см 3,62 (3,6; 4,0) 3,305 (2,78; 3,6) -820,0 <0,001 5,512

сдла, мм рт.ст. 32 (30; 38) 24,5 (17,85; 30) 775,0 <0,001 5,411

Примечание: р - уровень значимости (р - уровень, нулевая гипотеза допускает достоверность при р < 0,05), Ме - медиана, ДИ - доверительный интервал, Ы— количество исследуемых, м - критерий Вилкоксона, ОФВ| (%) - объем форсированного выдоха за первую секунду, МЕР25 - максимальный экспираторный поток при 25 % ФЖЕЛ, ФА - физическая активность, ПЖ - размер правого желудочка в 4-камерной апикальной позиции (КДР - конечный диастоли-ческий размер, см), СДЛА - максимальное систолическое давление в легочной артерии (мм рт.ст.).

Таким образом, в процессе диспансеризации больных I группы показатели ОФВ^ МОС25 значительно увеличились (соответственно на 12,5 и 25 %), но не до уровня здоровых. При этом показатели ФА увеличились на 32 балла (р < 0,001), также не до нормальных показателей. Наряду с этим в процессе диспансеризации лиц I группы показатели КДР ПЖ, СДЛА нормализовались (соответственно до 3,3 см; 24,5 мм рт.ст.). Иная картина отмечалась у пациентов II (контрольной) группы (табл. 2), у которых в процессе диспансеризации показатель ОФВ, увеличился с 49,9 до 51 (на 2 % Д), МОС25 существенно не изменился (снизился с 32,5 до 32). Отличия основных параметров в I основной группе до и после лечения являлись достоверными, что свидетельствовало о высокой эффективности терапии.

Таким образом, в связи с более выраженным терапевтическим эффектом у лиц основной группы больные были значительно лучше подготовлены к оперативному лечению (в отличие от контрольной группы), в результате удельный вес прооперированных в основной I группе был больше (80,6 %), чем II контрольной (30,7 %).

Таблица 2

Динамика показателей кардиореспираторной ситемы, качества жизни больных II группы в процессе диспансеризации и реабилитации (Ме и 0,05; 0,95 ДИ); (7У= 40).

до после и» Р 2

. ЖЕЛ, % 58,1 (49,1; 65,3) 69,3 (58; 77,3) 208,0 >0,05 1,065

ОФВь % 49 (34,8; 60,1) 51 (37,9; 60,1) -222,0 0,001 <0,01 2,991

МЕБзз, % 32,5 (22,9; 50,1) 32 (23,9; 48,2) -21,0 >0,05 0,211

МЕР50, % 39,2 (26,6; 49) 48,6 (32; 52) 98,0 >0,05 0,514

ФА, % 33 (25,9; 46) 36 (30,9;45,2) -198,0 >0,05 1,380

ПЖ, см 3,62 (3,4; 3,9) 3,6 (3,2; 3,7) 421,0 0,001 <0,01 3,052

СДЛА, мм рт. ст. 33 (30;40,1) 31 (28; 39,1) 330,0 0,001 <0,01 2,849

Примечание: см. табл. 1.

В контрольной группе показатель ФА увеличился только на 3 балла, а показатель КДР ПЖ снизился с 3,62 до 3,6 (р = 0,002), показатель СДЛА уменьшился (р < 0,001) с 33,0 до 31,0 мм рт. ст. , но не до уровня нормы (табл. 2), и при этом, после диспансеризации показатель ФА был значительно ниже (р < 0,001), а средние значения КДР ПЖ и СДЛА были достоверно выше таковых у лиц I группы. Оперативное лечение (экономная резекция легких) больным основной и контрольной группы проведено в 1-й год диспансеризации (через 8-12 месяцев с момента взятия на учет). После оперативного лечения пациенты находились под диспансерным наблюдением, им продолжено было лечение в рамках предложенной программы реабилитации в течение 8-12 месяцев, в этот период больные проходили спирометрическое исследование (табл. 3).

Таблица 3

Спнрографические показатели у больных I (основной группы, №= 40) и II (контрольной группы, Лг= 40) до и через 8 месяцев диспансеризации

показатели I (основная) группа, N=40 II (контрольная группа), ЛГ=40

ЖЕЛ, % 64,8 ± 2,6 75,6 ±2,4* 65,4 ±3.1 71,2 ±3,4

ОФВь % 50.5 ± 2.3 63,8 ±2,6* ' 49.2 ± 2.8 53,4 ±3,2

МОС25, % 33.2 ±3.2 60,4 ± 3,6* 32.4 ± 2.6 35,6 ±2,3

мос50, % 32.5 ± 3.4 59.6 ± 3,8* 31.4 ±2.4 36.5 ±2,8

мос75, % 35.4 ± 3.5 58,3 ± 3,7* 34.6 ±3.2 40,8 ± 2,6

Примечание: * ~р< 0,05, в числителе - до лечения, в знаменателе - после лечения.

Из таблицы 3 видно, что ухудшение спирометрических показателей в послеоперационном периоде под воздействием лечебных мероприятий нивелировалось (группа I, основная), в отличие от группы, где улучшенные методы реабилитации не проводились (группа II, контрольная).

Наиболее удалены в фазовом пространстве состояний группы больных, составляющих основную группу и группу ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза до и после лечения, в основной группе после лечения 2Ц = 44,9675; 42,5575 (максимальное удаление). В контроль-

ной группе после лечения = 6,0232, = 7,5232 (до лечения Zy = 3,8975, 4,4452) - наименьшее удаление в фазовом пространстве состояний (табл. 4, 5).

Таблица 4

Матрица расстояний между статистическими г,у центрами квазиаттрасторов на фоне лечения

Группы I II III

до после ДО после ДО после

I до 0 42,97 3,89 6,02 2,41 44,28

после 42,97 0 40,08 38,66 43,54 1,85

II ДО 3,89 41,64 0 3,40 3,24 42,86

после 6,02 38,66 3,40 0 5,88 39,89

III до 2,42 43,54 3,24 5,88 0 44,81

после 44,28 1,89 42,86 39,89 44,81 0

В качестве х-, выступали: х1 — объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВь %), х2 МЕР25 - максимальный экспираторный поток при 25 % ФЖЕЛ, хЗ - ФА (физическая активность), х4 — размер правого желудочка в 4-камерной апикальной позиции (КДР - конечный диастолический размер, см), х5 - максимальное систолическое давление в легочной артерии (мм рт.ст.).

Таблица 5

Матрица расстояний между хаотическими г*/ центрами квазиаттракторов на фоне лечения

Группы I II III

до после ДО после до после

I до 0 42,56 4,45 7,52 2,18 42,41

после 42,56 0 40,08 36,43 43,04 5,43

II ДО 4,45 40,08 0 4,10 5,61 39,59

после 7,52 36,43 4,10 0 8,05 35,77

III до 2,18 43,04 5,61 8,05 0 42,79

после 42,41 5,43 39,59 35,77 42,79 0

В качестве Xj выступали: х\ - объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ|, %), х2 - МЕР25 - максимальный экспираторный поток при 25 % ФЖЕЛ, хЪ - ФА (физическая активность), х4 - размер правого желудочка в 4-камерной апикальной позиции (КДР — конечный диастолический размер, в см), х5 - максимальное систолическое давление в легочной артерии (мм рт.ст.).

Таблица 6

Результаты идентификации параметров организма в 5-мерном фазовом пространстве объемов квазиаттракторов кардиореспираторной системы и качества жизни больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких (№ 40) у больных трех групп до и после диспансеризации

I II III

до 1,47 • 105 1,63- Ю5 1,94 • 10*

после 5,64 • 105 8,68 ■ 10* 3,69 • Ю5

Примечание: I - основная группа, II - контрольная группа, III - группа ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза легких.

Таким образом, у групп пациентов исследование основных параметров функциональных резервов отмечает лучшие данные в группах, где проводилась комплексная реабилитационная программа. При анализе результатов идентификации основных параметров аттракторов поведения ВСОЧ у больных малыми формами туберкулеза легких с ХОБЛ до и после лечения в основной группе в 5-мерном пространстве (табл. 6) выявляется увеличение разбросов параметров (объема квазиаттракторов) вследствие того, что система испытывает эффективное внешнее воздействие. Общий объем квазиаттрактора в исходном состоянии увеличился в 3,8 раз (уХ = 1,47 до и \Х = 5,64 после лечения) состояния после лечения. При биоинформационном анализе группы ХОБЛ без туберкулеза объем квазиаттрактора после лечения изменился в 1,9 раз (исходно уХ — 1,94, после лечения уХ = 3,69). При биоинформационном анализе контрольной группы объем квазиаттрактора увеличился в 5,425 раз (уХ= 1,63 до и уХ= 8,68 после лечения).

В целом, сравнительный биоинформационный анализ матриц межаттракторных расстояний между хаотическими центрами квазиаттракторов динамики поведения параметров системы гемостаза свидетельствует о большей эффективности фармакотерапии у пациентов основной группы и группы ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза.

Полученные результаты на основе анализа данных параметров кардиореспираторной системы и качества жизни на базе стохастического подхода и методов, в рамках теории хаоса и самоорганизации, подтверждаются и клиническими наблюдениями: при анализе результатов лечения и реабилитации больных ХОБЛ с сопутствующим туберкулезом и больных ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза выявлено, что регрессия симптомов наступала быстрее у большего числа больных I группы, чем II группы. Так, в клинических проявлениях слабости и снижения работоспособности различия между I и II группой являлись

статистически достоверными (%2 = 11,569, р < 0,001), между I группой и III группой достоверных отличий не было (%2 = 0,002, р = 0,968). Кашель с мокротой: отличия между основной и контрольной группой были достоверными (у/ = 8,170, р = 0,004), отличия между основной группой и группой ХОБЛ без туберкулеза были не достоверными (%2 = 0,053, р = 0,817). Одышка (преобладала средней тяжести во всех группах) до лечения в основной и контрольной группе была у всех больных: отличия между основной группой и контрольной также были статистически достоверными (%2= 13,025, р < 0,001), между основной группой и группой ХОБЛ без туберкулеза отличий не было (х2 = 0,004, р = 0,949).

При обработке данных с помощью программы «МиШпеигоп 2,0» в основной группе наиболее значимый был признак ХЗ (ФА - физическая активность, один из показателей качества жизни - величина информационной значимости составила 0,656).

Рис. 1. Результат идентификации параметров порядка первой группы (I) до и после лечения (МиШпеигоп 2.0)

Примечание: XI - информационный уровень значимости ОФВ! XI - МЕР25, ХЗ - ФА, Х4 - поперечный размер правого желудочка в апикальной четырехкамерной позиции, Х5 - максимальное систолическое давление в легочной артерии.

В контрольной группе нейросеть не обучалась, так как не видела отличий.

В группе ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза максимальный информационный уровень значимости был у параметра XI (МЕР25) (величина информационной значимости составила 0,751), абсолютно незначимым оказался параметр Х4 (размер правого желудочка в апикальной четырехкамерной позиции - величина информационной значимости составила 0,272, в норме более 0,3). МЕР25 - соответствует по значимости МОС75, отражает обструктивные нарушения легочной вентиляции преимущественно на уровне мелких бронхов, обратимость брон-хообструкции на уровне которых определяет ХОБЛ.

Рис. 2. Результат идентификации параметров порядка третьей группы (III) до и после лечения (Миктеигоп 2.0)

Примечание: см. рис.1.

При оценке данных с помощью программы «Миктеигоп 2,0» выявляется в основной группе максимальный уровень значимости (параметр порядка) у параметра ХЗ (физическая активность - основного показателя качества жизни). ХОБЛ - это заболевание у людей с низким социально-экономическим статусом, как и туберкулез легких.

выводы

1. Диспансеризация больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких демонстрирует лучший терапевтический эффект у больных основной группы и группы больных ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза, что подтверждалось достоверно значимыми (р < 0,05) изменениями (при этом полученные значения не удовлетворяли закону нормальности распределения) по основным статистическим показателям кардиореспираторной системы и качества жизни: ОФВ, (%), МЕР25, ФА, КДР, СДЛА.

2. Анализ параметров организма больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких в условиях диспансеризации показал, что с позиции теории хаоса и самоорганизации. Наибольшая эффективность лечения ХОБЛ имеется у больных основной группы и в группе ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза. Это подтверждается изменениями объемов квазиаттракторов: общий объем квазиаттрактора в основной группе увеличился в 3,8 раз (уХ= 1,47 • 105 до и уХ = 5,64 • 105 после лечения). В контрольной группе объем квазиаттрактора изменился в 5,4 раз (уХ= 1,63 ■ 105 до и уХ= 8,68 • 105 после лечения). В группе ХОБЛ без туберкулеза объем квазиаттрактора после лечения изменился в 1,9 раз (исходно уХ= 1,94 • 105, после лечения уХ= 3,69 • 105).

3. Определены параметры порядка при обработке данных с помощью программы «МиШпеигоп 2,0»: в основной группе наиболее значимым был признак ХЗ (ФА - физическая активность, один из показателей качества жизни - величина информационной значимости составила 0,656), в контрольной группе нейросеть не обучалась, так как не видела отличий, что говорит о низкой эффективности лечения, что является методом оценки клиники заболевания. В группе ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза максимальный информационный уровень значимости был у параметра XI (МЕР25) (величина информационной значимости составила 0,751), наименьшую значимость имел параметр Х4 (конечный диастолический размер правого желудочка).

4. Наибольший эффект от лечения, согласно элементов (г,¡) матриц межаттракторных расстояний, отмечен у больных основной группы (2 = 42,56 у.е.) и группы ХОБЛ без сопутствующего туберкулеза легких (2 = 42,79 у.е.). При этом более положительное воздействие фармакотерапия и методы реабилитации оказывают на больных ХОБЛ без туберкулеза, что характеризовалось самым большим расстоянием между центрами квазиаттракторов. Полученные результаты подтверждались клиническими данными.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Метод биоинформационного анализа идентификации параметров состояния различных звеньев кардиореспираторной системы и качества жизни, изменяющихся под влиянием фармакотерапии, целесообразно использовать в практическом здравоохранении для улучшения программ реабилитации больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза на Севере. Расчет объемов квазиаттракторов и матриц межаттракторных расстояний кардиореспираторной системы и качества жизни в процессе лечения позволяет: оценить эффективность проводимой терапии; своевременно проводить хирургическое лечение; проводить более раннюю социальную адаптацию больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких в Югре. Нейросе-тевые технологии целесообразно использовать как индикатор эффективности лечения (если нейросеть не решает задачи бинарной классификации для одной группы до лечения и после, то лечение имеет низкую эффективность).

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ефимова, О. В. Особенности течения ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких при различных методах управления программой диспансеризации и реабилитации в условиях Югры / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, О. Н. Конрат // Вестник новых медицинских технологий. - 2013. - Т. 20, № 3 - URL : http://www. med-tsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2013-l/00.html.

2. Еськов, В. М. Матрицы межаттракторных расстояний в оценке эффективности лечения больных с микст-патологией постоянно проживающих в условиях Севера / В. М. Еськов, О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, О. Н. Конрат // Системный анализ и управление в биомедицинских системах - 2013. - Т. 12, № 2. - С. 373-378.

3. Ефимова, О. В. Возможности хирургического лечения малых форм туберкулеза с сопутствующей ХОБЛ при усовершенствовании технологии управления программой реабилитации и лечения ХОБЛ в Югре / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, О. Н. Конрат // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. — 2013. — Т. 20, № 49. — С. 41—45.

4. Ефимова, О. В. Изменение ЭХО-КГ показателей у больных ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза в процессе диспансеризации и реабилитации на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков,

О. Н. Конрат // Вестник новых медицинских технологий. - 2013. - Т. 20, № 3. - С. 53.

5. Ефимова, О. В. Оценка эффективности и профилактики холо-дового бронхообструктивного синдрома у больных бронхиальной астмой и с сочетанной патологией ХОБЛ с БА на Севере / О. В. Ефимова,

B. Ф. Ушаков, О. Н. Конрат, О. В. Шевченко, Н. Б. Булиева // Медицинская наука и образование Урала. - № 4. - 2012. - С. 26-27.

Публикации в прочих журналах и научных сборниках:

1. Ушаков, В. Ф. Сочетание бронхиальной астмы, ХОБЛ с другими заболеваниями и особенности ведения таких больных в амбулаторных условиях лечебных учреждений Севера / В. Ф. Ушаков, Н. В. Рымогаева, Б. В. Трапезникова, О. Н. Конрат, О. В. Ефимова // Фундаментальные и клинические аспекты охраны здоровья человека на Севере : Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 15-летию мед. обр. в ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры». - Сургут, 2010. -

C. 262-265.

2. Ушаков, В. Ф. Способ предотвращения бронхоспазма у больных с сочетанием бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких на Севере / В. Ф. Ушаков, В. Ф. Рымогаева, Н. В. Ахме-дова, М. Э. Шевченко, О. В. Архипова, О. Н. Конрат, С. В. Устименко, О. В. Ефимова. - Благовещенск, 2011. - С. 116-118.

3. Ефимова, О. В. Системный анализ эффективности лечения со-четанных заболеваний на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, И. П. Рудницкая [и др.] // Системный анализ в медицине : мат-лы V науч. конф. -Благовещенск, 2011. - С. 162-163.

4. Ефимова, О. В. Системный анализ эффективности фармакологической защиты от холодового бронхоспазма у больных бронхиальной астмой на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, И. П. Рудницкая [и др.] // Системный анализ в медицине : мат-лы V науч. конф. - Благовещенск, 2011.-С. 126-128.

5. Ефимова, О. В. Системный анализ эффективности диспансеризации больных бронхиальной астмой с выраженным Холодовым бронхообструктивным синдромом на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, И. П. Рудницкая [и др.] // Системный анализ в медицине : мат-лы V науч. конф. - Благовещенск, 2011. - С. 208-210.

6. Ефимова, О. В. Лечение больных хронической обструктивной болезнью легких на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков, С. В. Устименко, О. Н. Конрат, О. В. Шевченко // Человек и лекарство : тез. в сб. мат-лов XVIII Рос. нац. конгр. - М„ 2011 - С. 138.

7. Ефимова, О. В. Особенности течения ХОБЛ с сопутствующими малыми формами туберкулеза легких при различных методах реабилитации и диспансеризации на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков // Человек и лекарство : мат-лы XX Рос. нац. конгр. - М., 2013. - С. 65.

8. Ефимова, О. В. Возможности хирургического лечения малых форм туберкулеза легких при сопутствующей ХОБЛ при усовершенствовании программы реабилитации ХОБЛ на Севере / О. В. Ефимова, В. Ф. Ушаков // Человек и лекарство : мат-лы XX Рос. нац. конгр. - М., 2013.-С. 66.

9. Ефимова, О. В. Матрицы межаттракторных состояний в оценке эффективности лечения больных с микст-патологией постоянно проживающих в условиях Севера / О. В. Ефимова, В. М. Еськов, В. Ф. Ушаков, О. Н. Конрат // CMP (complexity, mind, postnonclassic). - Gannover -Washington - Tula. - 2013: http://comobzor.ru/registers/media/pi-fs-77-51292-complexity-mind-postnonclassic.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

MEF - максимальный экспираторный поток

БДС - биологическая динамическая система

БУ — бюджетное учреждение

ВС - вектор состояния

ВСОЧ — вектор состояния организма человека

ВУВ - внешние управляющие воздействия

ДПП - дозированные пешеходные нагрузки

ДС - динамическая система

ЖЕЛ - жизненная емкость легких

КРС - кардиореспираторная система

КДР ПЖ - конечный диастолический размер правого желудочка

ЮС - клиническая кибернетика

ККП - компартментно-кластерная теория биосистем

МОС — максимальная объемная скорость потока воздуха

МФТЛ - малые формы туберкулеза легких

ОФВ, - объем форсированного выдоха за 1-ю секунду

ПП - параметр порядка

СДЛА - систолическое давление в легочной артерии

СКПТД - Сургутский клинический противотуберкулезный диспансер

ТХС - теория хаоса и самоорганизации

УЗДГ - ультразвуковая допплерография

ФА — физическая активность

ФВД — функция внешнего дыхания

ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких

ФП - фазовое пространство

ФПС — фазовое пространство состояний

ФСО - функциональная система организма

ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ - Югра

ХОБЛ - хроническая обструктивная болезнь легких

ЭхоКГ - эхокардиография

Ефимова Ольга Владимировна

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНИЗМА БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ С СОПУТСТВУЮЩИМИ МАЛЫМИ ФОРМАМИ ТУБЕРКУЛЕЗА ЛЕГКИХ НА СЕВЕРЕ

03.01.09 - Математическая биология. Биоинформатика (медицинские науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Подписано в печать 27.11.2013 г. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,3. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100. Заказ № 92.

Оригинал-макет подготовлен в редакционно-издательском отделе издательского центра СурГУ. Тел. (3462) 76-30-65, 76-30-66.

Отпечатано в полиграфическом отделе издательского центра СурГУ. г. Сургут, ул. Энергетиков, 8. Тел. (3462) 76-30-67.

ГБОУ В ПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» 628400, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ, г. Сургут, пр. Ленина, I. Тел. (3462) 76-29-00, факс (3462) 76-29-29.