Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоинформационный анализ параметров организма женщин Югры

ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Биоинформационный анализ параметров организма женщин Югры"

На правах рукописи

НАСИРОВА АРЗУ РАМАЗАНОВНА

ПИ О ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНИЗМА ЖЕНЩИН ЮГРЫ

03.01.09 - математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сургут-2012

005017330

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте Биофизики и

медицинской кибернетики при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

ФИЛАТОВА ОЛЬГА ЕВГЕНЬЕВНА

Официальные оппоненты: НИФОНТОВА ОКСАНА ЛЬВОВНА

доктор биологических наук, доцент ГБОУ ВПО «Сургутский педагогически? университет», кафедра медико-биологических дисциплин и безопасност жизнедеятельности, заведующий кафедр

СОРОКИНА СВЕТЛАНА ЮРЬЕВНА кандидат биологических наук, директор МОУ «Лянторская СОШ № 6»

Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательн учреждение высшего профессионального образования «Самарск государственный медицинский университет» Министерства здравоохранен и социального развития РФ.

Защита состоится «29» мая 2012 г. в 1500 часов на заседай» диссертационного совета Д 800.005.05 при ГБОУ ВПО «Сургутсю государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры» по адресу: 628412, г. Сургут, пр-т Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГБОУ ВЕ «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийско автономного округа-Югры» по адресу: 628412, г. Сургут, пр-т Ленина, 1.

Автореферат разослан «£&Гапреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

С.Н. Русак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Организм человека является иерархической системой со множеством уровней организации и управления. Слаженная работа различных функциональных систем организма (ФСО), оптимальное управление со стороны центральной нервной системы (ЦНС) всеми этими ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно-необходимых пределах, соответствующих саногенезу (В.В. Скупченко, 1994). Поскольку подобные системы являются сложными иерархическими системами, то описывать такие процессы возможно, если использовать медико-кибернетический подход, в рамках которого важно определить иерархические уровни организации управления как отдельными ФСО, так и их комплексами в общей системе управления гомеостазом организма с использованием многомерных фазовых пространств > и вектора состояния таких систем (В.М. Еськов, 2006).

Известно, что в современной медицине особое место занимают изучение физиологических особенностей женского организма. Знания об особенностях строения женского организма, этапов биологического созревания, периодов овариально-менструального цикла, функциональных возможностей основных систем организма, восстанавливаемости их функций требуют разработки новых методов диагностики и лечения. (Р.Н. Живогляд, 2004). В этой связи перспективно использование медико-кибернетических подходов в аспекте биоинформационного анализа в рамках синергетического подхода, базирующегося на принципах холизма и синтеза (сведение в единое целое данных) и создания некоторого образа организма женщины в многомерном фазовом пространстве состояний с использованием специального вектора состояния организма женщин (ВСОЖ) (В.М. Еськов, 2004, 2005).

Особые задачи возникают и в связи с учетом эколого-климатических условий Севера, которые оказывают влияние на все параметры функциональных систем организма женщин, что проявляется и в изменении циклических процессов, свойственных женскому организму. Месячные циклы овуляции у женщин являются ритмическими повторяющимися сложными физиологическими процессами адаптационной метаболической перестройки организма. Кроме этого, пристального внимания требует функциональное состояние женщин в период беременности и родов, т.к. при беременности женщины по-особенному реагируют на внешние и внутренние раздражители (В.Д. Рыжков, 1996, Г.Г. Филиппова, 2002). Так, например, при воздействии экологических факторов Севера, в зависимости от длительности проживания в данных условиях, возможны различные изменения параметров ФСО женщин, которые можно зарегистрировать особым образом именно на системном уровне в рамках биоинформационного анализа (O.E. Филатова, 2006).

Цель исследования: в рамках многомерных фазовых пространств установить закономерности в поведении вектора состояния организма женщин Югры.

Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи:

1. Выполнить сравнительный биоинформационный анализ параметров вегетативной регуляции организма женщин, проживающих в Югре, с позиций детерминистско-стохастического подхода.

2. Выявить особенности динамики поведения вектора состояния женского организма в многомерном фазовом пространстве для разных возрастных групп.

3. Установить особенности динамики поведения вектора состояния организма беременных женщин в; многомерном фазовом пространстве с учетом сезонной динамики.

Научная новизна работы:

1. Впервые разработан и выполнен сравнительный анализ эффективности стохастических и синергетических методов в изучении особенностей женского организма.

2. Впервые с помощью методов биоинформационного анализа выполнены исследования в динамике поведения вектора состояния организма женщин в многомерном фазовом пространстве для трех возрастных групп.

3. Впервые с помощью матриц межаттракторных расстояний выполнены исследования особенностей динамики поведения вектора состояния организма человека для беременных женщин с учетом сезонной динамики.

Теоретическое и практическое значение работы:

1. Разработанный и апробированный алгоритм идентификации параметров квазиатгракторов на плоскости целесообразно применять в теории и практике акушерства и гинекологии для выявления и визуализации возрастных и территориальных (экологических) особенностей женского организма.

2. Новые методы диагностики параметров квазиаттракторов движения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний обеспечивают реальную идентификацию физиологических особенностей женщин, проживающих в условиях, приравненных к условиям Крайнего Севера, что целесообразно использовать как в научных исследованиях, так и в клинической практике.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Используя современный метод биоинформационного анализа параметров организма женщин Югры с позиций детерминистско-стохастического подхода, установлена тенденция преобладания тонуса парасимпатической вегетативной нервной системы в регуляции овариально-менструального цикла и в период беременности, что может быть прямой причиной возникновения физиологических нарушений.

2. Выполненные исследования, с позиций биоинформационного анализа, динамики поведения параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин в возрастной группе 21-35 лет с овариально-

менструальным циклом показывают наибольший разброс параметров квазиаттракторов в I фазе ОМЦ (секреции), что количественно характеризует особенности вегетативной регуляции в женском организме. В возрастной группе 36-55 лет самые высокие показатели расстояния асимметрии и объемов квазиаттракторов наблюдаются во II фазе менструального цикла (десквамации), указывающие на нарушения метаболических состояний в вегетативной нервной системе. Значительное увеличение объемов квазиаттракторов установлено у женщин с отсутствием менструальных циклов, вызванных менопаузой.

3. Анализ матриц межаттракторных расстояний параметров квазиаттракторов женщин Югры в период беременности показал существенные информационные различия, связанные с особенностями климатических условий, в частности, установлены наибольшие межаттракторные расстояния в весенний и зимний сезоны года в сравнении с осенне-зимним сезоном.

Внедрение результатов работы. Разработанные программы и методы идентификации параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин внедрены в учебные курсы по клинической кибернетике, а так же используются в лекционных курсах и практических занятиях по функциональному состоянию организма человека, проживающего на Севере.

Декларация личного участия автора. Автор лично принимал участие в получении первичных материалов при обследовании женщин в условиях клиники акушерства и гинекологии, а также проведен анализ полученных результатов исследования. Автором самостоятельно выполнена статистическая обработка материалов, расчет параметров квазиатгракторов, межаттракторных расстояний и их интерпретация, написание текста диссертации.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на 6 Международных, 3 - Всероссийских и 1 Окружной научно-практических конференциях: на Международной научной конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем» (Тольятти, 2009-2011); IX Международной научно-практической конференции «Медицинская экология» (Пенза, 2010); XI Международной конференции «Современные технологии восстановительной медицины. Профессиональное долголетие и качество жизни» (Сочи, 2010); Международной научно-практической конференции «Физиологические механизмы адаптации человека» (Тюмень, 2010); Всероссийской научно-практической конференции (г. Самара, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты клинической физиологии в медицине»; Первой Всероссийской молодежной научной конференции, посвященной 125-летию биологических исследований в Томском государственном университете «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биологии» (Томск, 2010); IX окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе: 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, для соискания ученой степени кандидата биологических наук и 9 статей в различных научных журналах и материалах отечественных и международных конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста. Она выполнена в традиционном стиле и состоит из введения, главы по анализу современного состояния проблемы, главы описания объектов и методов исследования, оригинальной главы, содержащей результаты собственных наблюдений, выводов, списка литературы, приложений. Работа содержит 14 рисунков и 18 таблиц. Список используемой литературы включает в себя 143 источника: 123 российских и 20 зарубежных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в период 2008-2011 г.г. на базе медицинского учреждения города Сургут: БУ ХМАО-Югры «Сургутская городская поликлиника № 3».

В рамках детерминистско-стохастических и синергетических методов были получены результаты исследований — данные о состоянии функциональных систем организма (ФСО) женщин по параметрам вариабельности сердечного ритма с учетом возраста и сезонов года.

Всего было обследовано 380 женщин - пациентки женской консультации Городской Поликлиники № 3. Из них в группу исследований вошли 174 небеременные женщины: 108 человек с овариально-менструальным циклом (ОМЦ) и 66 человек с нарушениями овариально-менструального цикла (НОМЦ), вызванными менопаузой и 120 - беременные женщины. Средний возраст женщин с ОМЦ в группе от 21 до 35 лет составил 27,1±1,06 лет, в группе от 35 до 55 лет -42,4±1,24 года, у женщин с НОМЦ в группе от 35 до 55 лет средний возраст составил 51,3±0,77 года, у женщин в возрасте от 56 до 74 лет средний возраст равен 61,5±1,84 год. Продолжительность жизни испытуемых в Югре составила от 5 до 56 лет.

В первый блок исследований (рис. 1) вошли женщины в возрасте 2135 лет (п=54) и 36-55 лет (п=54) с овариально-менструальным циклом, средняя продолжительность которого составила 28 дней в три фазы. В свою очередь, в каждую фазу ОМЦ входило по 18 испытуемых.

Рис. 1. Дизайн первого блока исследований.

Второй блок исследований (рис. 2) включал в себя группу женщин с возрастными перестройками их организма - менопаузой, это группа женщин во 2-ом периоде зрелости (средний возраст 51,3 год) (п=33) и пожилого возраста (56-74 года) (п=33).

Рис. 2. Дизайн второго блока исследований.

Третий блок научных исследований (рис. 3) состоял из групп беременных женщин (п=120), при этом их физиологические особенности изучали с учетом сезонных изменений: лето (п=30), осень (п=30), зима (п=30), весна (п=30). Продолжительность жизни беременных, проживающих в экологических условиях Югры, составила от 6 до 30 лет.

Рис. 3. Дизайн третьего блока исследований.

Систематизация материала и представление результатов расчетов выполнялись с применением программного пакета электронных таблиц Microsoft EXCEL, статистические расчеты проводились с помощью программного продукта Statistica version 6.1 (рис. 4). В виду несоответствия эмпирического распределения вариабельности сердечного ритма теоретическому закону распределения (тип распределения определяли с помощью критерия Шапиро-Уилка), при этом все данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха. Интерквартильный размах указывается в виде 25% и 75% процентилей. Для оценки значимости различия показателей в несвязанных выборках (по сезонам года) применялся непараметрический критерий Манна-Уитни, за достоверно значимые принимали различия при значениях р<0,05.

Рис. 4. Схема методов обработки данных.

Анализ результатов параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма женщин (рис. 4) производился с помощью зарегистрированной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» и программного продукта «Identity» (В.М. Еськов, 2006).

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) у женщин изучали с помощью пульсоксиметра «ЭЛОКС-01С2», разработанный и изготовленный ЗАО ИМЦ Новые Приборы, г. Самара (Л.И. Калакутский, В.М. Еськов, 2002-2010). Прибор снабжён программным продуктом «Eg3», который в автоматическом режиме позволяет отображать изменение ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограммы распределения длительности кардиоинтервалов (КИ). С помощью этого прибора происходила регистрации пульсовой волны с одного из пальцев кисти в положении пациенток сидя в относительно комфортных условиях. Оценка состояния функциональных систем организма женщин с учетом их физиологических особенностей производилась в рамках традиционных методов оценки симпатического звена вегетативной нервной системы (ВНС) (показатели SIM) и парасимпатического звена вегетативной нервной системы (показатели PAR). Кроме этого, определялся индекс напряжения по P.M. Баевскому (INB), частота сердечных сокращений (HR), уровень насыщения оксигемоглобином крови испытуемых (БрОг, в % оценивается количество оксигемоглобина), мощность спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности (VLF, в % от суммарной мощности колебаний), мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности (LF), мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности (HF), общая спектральная мощность (Total power), стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов (SDNN).

Программа «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» создана специально для обеспечения идентификации параметров квазиаттракторов движения вектора состояния биологических динамических систем (БДС) в m-мерном фазовом пространстве состояний (ФПС), и предназначена для исследования систем с хаотической организацией. С помощью данной программы была смоделирована динамика ВСОЖ по параметрам ВСР с учетом возраста и сезонов года. Значения показателя асимметрии (General asymmetry value (rX)) и общего объема многомерного параллелепипеда (General V value (vX)) получены в результате обработки статистических данных в программе «Identity». Графики, отражающие положение квазиаттракторов вектора состояния организма человека, получены в 3-хмерном ФП по трем параметрам (SIM, PAR, INB).

Производился расчет координат граней, их длины и объема 13-ти мерного параллелепипеда, ограничивающего квазиаттрактор поведения ВСОЧ, хаотический и стохастический центры, а также коэффициент асимметрии стохастического и хаотического центров. Этот метод позволил осуществить ранжирование параметров различных кластеров, представляющих ФСО. К

этим кластерам могут относиться одни и те же ФСО, но находящиеся в разных экологических условиях (например, динамика ВСОЖ в осенний и зимний сезоны года) и в разных состояниях (ОМЦ в различных фазах).

Кроме того, производился расчет матриц межатгракторных расстояний, который заключался в проведении анализа параметров функций организма в отношении нескольких групп испытуемых, находящихся в приблизительно одинаковых условиях. Регистрировались параметры функций организма каждой женщины 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. Тогда каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма данного человека) задавался точкой в этом фазовом пространстве так, что группа испытуемых образовывала некоторое "облако" (квазиаттрактор) в фазовом пространстве состояний. Разные группы образовывали разные квазиаттракторы в фазовом пространстве состояний и рассчитывались расстояния z¥- (к и /- номера групп обследуемых) между хаотическими или стохастическими центрами для разных квазиаттракторов, которые образовывали матрицу Z. Эта матрица описывает состояние разных групп обследуемых с учетом, например, сезонов года (функциональное состояние организма беременных женщин в осенний и зимний периоды). Полученные расстояния между центрами к -го и/-го хаотического (или стохастического) квазиаттракторов количественно представляют степень близости (или, наоборот, удаленности) этих 2-х сравниваемых квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний, что представляет меру оценки состояния физиологических функций человека, находящегося, например, в различных экологических условиях.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка параметров ФСО производилась с учетом того, что организм человека является системой со множеством уровней организации и управления. Работа различных функциональных систем организма, оптимальное управление со стороны ЦНС всеми этими ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно-необходимых пределах, соответствующих саногенезу. Описать такие процессы возможно, если использовать медико-кибернетический подход с позиций системного синтеза и биоинформационного анализа, в рамках которого важно определить иерархические уровни организации управления как отдельными ФСО, так и их комплексами в общей системе управления гомеостазом организма.

В ходе исследований и статистической обработки данных были получены следующие сводные количественные характеристики результатов (табл. 1-3).

Из полученных данных, представленных в таблице 1, видно, что с увеличением показателей симпатического звена (SIM) вегетативной нервной

Таблица 1

Результаты статистической обработки данных измерений интегральных и временных показателей вариабельности сердечного ритма ФСО женщин с нарушением овариально-менструального цикла в возрасте от 21 до 35 лет (п = 18)

Показатели статистики Показатели ВСР

1 2 3 4 5 6

<x>±dx SIM PAR HR SDNN INB sPo2

Фазы ОМЦ I фаза 3,67±0,94 14,56±1,60 85±3,13 56,78±7,09 50,39±10,65 98,11±0,16

II фаза 5±1,26 12,22±1,47 88,44±2,56 51,05±5,45 68,83±18,62 97,72±0,16

III фаза 3.72±0.69 12 44±1 09 84.38±2.97 50 33±4 11 53.16±9.54 98.11±0.18

Оценка значимости различия (Рв) по переменным I, II фаз 0,37 0,48 0,37 0,77 0,39 0,16

Оценка значимости различия (Р„) по переменным I, III фаз 0,56 0,41 0,81 0,65 0,63 0,99

Оценка значимости различия (Рв) по переменным II, III фаз 0,67 0,98 0,12 0,91 0,83 0,18

Примечание, п - количество испытуемых.

системы увеличивается и индекс напряжения по Баевскому, так например, самый высокий показатель SIM у группы женщин в возрасте от 21 до 35 лет во II фазе ОМЦ, который составил 5,00±1,26 у.е. Соответственно с увеличением SIM наблюдается и увеличение INB, что составило 68,83±18,62 у.е. При этом самый высокий показатель PAR наблюдается у женщин в I фазе ОМЦ, который равен 14,56±1,60 у.е.

Таблица 2

Результаты статистической обработки данных измерений спектральных показателей вариабельности сердечного ритма ФСО женщин с нарушением овариально-менструального цикла в возрасте от 21 до 35

лет (п = 18)

Показатели статистики Показатели ВСР

7 8 9 10 11 12 13

<x>±dx VLF LF HF Total LFnorm HF 1norm LF/HF

Фазы ОМЦ I фаза 4550± 1855,29 4859,28± 1287,52 2021,56± 567,14 11430,78± 3624,77 71,11± 2,89 28,94± 2,89 1,36± 0,43

II фаза 3496,11± 670,32 3991,39± 795,93 1979,72± 618,56 9467,33± 1802,58 64,83± 5,55 28,28± 2,15 2,90± 0,30

III фаза 4032,06± 950,72 3412,78± 556,49 1183,89± 217,96 8628,56± 1542,93 74,28± 2,32 25,72± 2,32 3,49± 0,40

Оценка значимости различия (Рв) по переменным I, II фаз 0,86 0,70 0,60 0,96 0,50 0,84 0,86

Оценка значимости различия (Р„) по переменным I, III фаз 0,77 0,56 0,33 0,89 0,61 0,58 0,56

Оценка значимости различия (Р„) по переменным II, III фаз 0,86 0,79 0,74 0,77 0,25 0,39 0,32

Примечание, п — количество испытуемых.

При сравнении спектральных и интегральных характеристик ВСР у женщин с ОМЦ (таб. 1, 2.) наблюдается положительная тенденция в динамике показателей PAR и HF у женщин в I фазе ОМЦ (PAR = 14,56±1,60 у.е., HF = 2021,56±567,14 у.е).

При сравнении показателей ВСР у групп женщин с ОМЦ в возрасте 21-35 лет и 36-55 лет достоверно значимых отличий не выявлено (р>0,05). Достоверно значимые показатели были выявлены у групп женщин с НОМЦ, вызванными менопаузой, во втором периоде зрелости (средний возраст 51,3 год) и пожилом возрасте (56-74 лет), по показателям LFnoral (0,004), HFn0rm (0,004), LF/HF (0,002), где р<0,01. А также у беременных женщин в осенне-зимний период по показателям SIM (0,018), PAR (0,015), HR (0,027), SDNN (0,018), INB (0,015) и LF (0,01), где p<0,05, VLF (0,00007), p<0,001 и Total power (0,002), p<0,01. В осенне-весенний период достоверность различий по показателям SIM, PAR, SDNN, INB составила p<0,05. Оценка значимости различий (Рв) в зимний и летний периоды установлена по показателям PAR, HR, SDNN, INB и LF (p<0,05), по показателям VLF и Total power (p<0,001). В весенний и летний период Рв выявлена по показателям HR (0,001), LF (0,004), р<0,01 и Total power (0,022), р<0,05.

В выполненной работе представлен биоинформационный анализ динамики поведения параметров вектора состояния организма женщин Югры с изменением овариально-менструального цикла в зависимости от возраста в 13-тимерном (т=13) фазовом пространстве состояний с помощью программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве». С помощью этой программы были получены результаты идентификации показателя асимметрии (гХ) и объемов квазиаттракторов (vX) вектора состояния вариабельности сердечного ритма женщин разных возрастов во время ОМЦ: I фаза - секреция, II фаза - десквамация, III фаза - пролиферация (SIM, PAR, HR, INB, SDNN, Sp02, VLF, LF, HF, Total power, LFnoral, HFnorm, LF/HF).

В таблице 3 представлены значения показателей асимметрии (гХ) и объемов (vX) многомерных квазиаттракторов параметров ВСР женщин I периода зрелости (21-35 лет) с ОМЦ.

Таблица 3

Идентификация параметров квазиаттракторов показателей вариабельности сердечного ритма у женщин I периода зрелости (21-35 лет) с ОМЦ (ш =13)

Группа женщин с ОМЦ General asymmetry value General V value vX

(п=18) гХ (у.е.) (У.е.)

ОМЦ в I фазе 28 987,33 519.63E28

ОМЦ во II фазе 7 009,83 53,50E28

ОМЦ в III фазе 7 029,29 1.32E28

Примечания: m - 13-тимерное фазовое пространство, гХ - показатель асимметрии, vX -объем 13-мерного квазиатграктора.

По данным таблицы 3 существенные различия параметров ВСОЖ в разные периоды ОМЦ отмечались у группы женщин в возрасте от 21 до 35 лет: самое высокое значение общего показателя асимметрии (гХ) установлено в I фазе менструального цикла и составило 28 987,33 у.е., во II фазе этот показатель равен 7 009,83 у.е., в последующей, III фазе ОМЦ,

показатель гХ практически не отличался от такового во II фазе и при этом составил 7 029,29 у.е. Такой высокий показатель ассиметрии в I фазе ОМЦ в данной группе испытуемых указывает на большой разброс стохастических и хаотических параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин. Уменьшение гХ в третьей фазе ОМЦ свидетельствует о росте степени синергизма и стабилизации всех функциональных систем организма женщин.

С увеличением расстояния между геометрическим центром квазиаттрактора и статистическим центром квазиатграктора в I фазе ОМЦ увеличился и показатель объема параллелепипеда vX, внутри которого находится квазиаттрактор поведения вектора состояния организма женщин, который для I фазы составил 519,63Е28 у.е. Во II и III фазах менструального цикла объемы квазиаттракторов существенно понижались в сравнении с I фазой ОМЦ и равны соответственно 53.50Е0028 у.е. и 1,32Е28 у.е. (в 9 и 399 (!) раз меньше соответственно). Таким образом, мы можем сказать, что наиболее стабильное состояние функциональных систем организма женщин характеризует III фаза менструального цикла (пролиферация).

По результатам анализа идентификации параметров квазиаттракторов показателей ВСР у женщин второй группы (II период зрелости - 36-55 лет), средний возраст которых составил 42,4 года, с ОМЦ в различные фазы были выявлены следующие значения (табл. 4). В фазе, секреции показатель асимметрии гХ составил 5 703,79 у.е., в фазе десквамации отмечен самый высокий показатель асимметрии гХ, который составил 9 647,95 у.е., и самый низкий показатель - в фазе пролиферации, который равен 1 955,39 у.е. Такая же динамика «скачка» выявлена и по параметрам объемов квазиаттракторов во II фазе, где vX равен 13,2Е28 у.е., в то время как в I фазе vX составил 6,05Е28 у.е. и увеличение этого показателя в III фазе ОМЦ почти в 2 раза, который равен 11,ЗЕ28 у.е.

Таблица 4

Идентификация параметров квазиаттракторов показателей вариабельности сердечного ритма у женщин II периода зрелости (<х> = 42,4 года лет) с ОМЦ (ш =13)

Группа женщин с ОМЦ (п=18) General asymmetry value гХ (у.е.) General V value vX (y.e.)

ОМЦ в I фазе 5 703,79 6.05E28

ОМЦ во II фазе 9 647,95 13Д0Е28

ОМЦ в III фазе 1 955,39 11,3E28

Примечания: m — 13-тимерное фазовое пространство, гХ - показатель асимметрии, vX — объем 13-мерного квазиаттрактора.

Подобный дисбаланс параметров вектора состояния организма женщин в возрасте от 21 до 55 лет может быть следствием нарушения метаболических превращений и особенностями состояния вегетативной нервной системы, которые обеспечивают нормальное течение процессов, связанных с овуляционной и менструальной функцией.

По результатам биоинформационного анализа в группе женщин с диагнозом менопауза было выявлено существенное различие у двух групп испытуемых. Ниже (табл. 5) представлены результаты параметров ФСО у третьей (II период зрелости, средний возраст равен 51,3 года) и четвертой (пожилой возраст, 56-74 года) групп женщин, у которых отсутствуют месячные циклы, связанные с менопаузой.

У женщин, средний возраст которых равен 51,3 года значение параметров расстояния между геометрическим и статистическим центрами квазиаттрактора (гХ) составило 5 441,94 у.е., в то время как у женщин пожилого возраста показатель асимметрии гХ значительно выше почти в 4 раза, и составил 20 657.85 у.е. С увеличением показателей гХ увеличились и показатели объемов квазиатгракторов: у женщин до 56 лет уХ равен 1,52Е28 у.е., а у пожилых дам показатель уХ выше на 3 порядка и равен 6242,81Е28 у.е.

Таблица 5

Идентификация параметров квазиаттракторов показателей вариабельности сердечного ритма у женщин II периода зрелости (<х>=51,3 год) и пожилого возраста (56-74 года) в состоянии менопаузы

(т=13)

Группа женщин с нарушением оварналыю-менструалыюго цикла (п=33) General asymmetry value гХ (у.е.) General V value vX (y.e.)

Женщины II периода зрелости (<х>=51,3 год) 5 441,94 1,52E28

Женщины пожилого возраста (56-74 года) 20 657,85 6242,81E28

Примечания'. гХ - показатель асимметрии, vX - объем 13-мерного квазиаттрактора.

Подобная картина увеличения параметров вектора состояния организма женщин данных групп можно объяснить существенным ослаблением вегетативной регуляции организма женщин. К тому же, климактерический период сопровождается множеством субъективных и объективных симптомов и изменениями обмена веществ.

Таким образом, можно утверждать, что вегетативные нарушения в организме женщин приводят к подобному высокому разбросу стохастических и хаотических параметров квазиаттракторов ВСОЖ.

С помощью алгоритма параллельной идентификации параметров квазиаттракторов ВСОЖ были представлены данные, которые могут выделить параметры порядка, используемые для идентификации критериев, обладающих существенной значимостью при сравнительном биоинформационном анализе показателей ВСР пациенток с ОМЦ. Используя компьютерные программы, было установлено, что наиболее существенным диагностическим показателем у женщин в возрасте 21-35 лет является показатель Total power (Х10) - общая спектральная мощность, отражающая

суммарную активность нейрогуморальных влияний на сердечный ритм. При исключении данного признака расстояние между центрами двух квазиатгракторов в различные периоды ОМЦ составляет: Z10 = 1 366,04 у.е. в I фазе ОМЦ, Z10 = 1 120,59 у.е. во II фазе ОМЦ и Z10 = 1 749,96 у.е. в III фазе ОМЦ.

У женщин в возрасте от 36 до 55 лет с ОМЦ диагностическим показателем является Total power (Х10): Z10 = 1 220,17 у.е., Z10 = 1 237,58 у.е. в I и II фазе ОМЦ соответственно, а наиболее существенным диагностическим показателем у женщин в III периоде ОМЦ является VLF (Х7) - мощность спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности в процентах от суммарной мощности колебаний, при исключении которого Z7 = 1 233,83 у.е.

Ниже, в таблице 6, представлены наиболее существенные диагностические признаки для женщин разных возрастов с нарушениями менструального цикла.

Таблица 6

Идентификация параметров порядка вектора состояния организма женщин разных возрастов с ОМЦ и НОМЦ при исключении диагностических признаков

Женщины I период зрелости, 21-35 лет с ОМЦ

ОМЦ в I фазе ОМЦ во II фазе ОМЦ в III фазе

Z7 = 2 147,21 Z9 = 1 151,49 Z8 = 2 970,26

Z10 = 1 366,04 Z10 = 1 120,59 Z10= 1 749,96

Женщины II период зрелости, 36-55 лет (<х>=42,4 года) с ОМЦ

ОМЦ в I фазе ОМЦ во II фазе ОМЦ в III фазе

Z8 = 2 275,18 Z8 = 1 932,29 Z7 = 1 233,83

Z10= 1 220,17 Z10= 1 237,58 Z10 = 1 247,05

Женщины II период зрелости (36-55 лет, <х>=513 год) и пожилого возраста (56-74 года) с диагнозом менопауза

Z9 = 573,32

Z10 = 650,78

Примечания: /п ~ расстояние между центрами двух кшаиапракшрив vwmn 14*1*1, wiviu, и цхио, wi^ ш исключения признака; Z1 - при исключении SIM; 72 - при исключении PAR; Z3 - при исключении HR; ТА - при исключении SDNN; Z5 - при исключении INB; Z6 - при исключении SpCb; Z7 - при исключении VLF; Z8 - при исключении LF; Z9 - при исключении HF; Z10- при исключении Total power, Zll - при исключении LFnorm; Z12 -при исключении HFnorm; Z13 - при исключении LF/HF.

С помощью нового метода расчета матриц межаттракторных расстояний в фазовом пространстве состояний движения вектора состояния организма женщин с ОМЦ производилось на основе попарного сравнения расстояний между центрами для всех пар квазиаттракторов движения ВСО женщин в разные фазы ОМЦ. При расчетах таблиц представлены результаты расстояний между стохастическими центрами (Zs) и расстояний между хаотическими центрами (Zc) квазиаттракторов движения вектора состояния показателей вариабельности сердечного ритма у 4-х групп женщин с ОМЦ в I, II и III фазах (табл. 7 и 8).

Таблица 7

Матрица межаттракторных расстояний (у.е.) менаду стохастическими центрами хаотических квазиаттракторов движения параметров вектора состояния организма женщин двух групп с ОМЦ в 13-мерном фазовом пространстве состояний

Женщины I период зрелости с ОМЦ (п=18) Женщины II период зрелости с ОМЦ (п=18)

I фаза II фаза III фаза I фаза II фаза III фаза

Женщины I период зрелости с ОМЦ (п=18) I фаза 0,00 2 391,90 3 303,76 4 724,24 5 525,96 7 141.50

II фаза 2 391,90 0,00 1 399,74 2 391,52 3 402,44 4 865.70

III фаза 3 303,76 1 399,74 0,00 I 743,21 2 228,13 3 884.47

Женщины II период зрелости с ОМЦ (п=18) I фаза 4 724,24 2 391,52 1 743,21 0,00 1 528,92 2 556.13

II фаза 5 525,96 3 402,44 2 228,13 1 528,92 0,00 1 768,06

III фаза 7 141,50 4 865,70 3 884,47 2 556,13 1 768,06 0,00

Сулша элементов столбцов 23 087.36 14 451,3 ¡2 559,31 12 947,02 14 453,51 20 215,86

Усредненное значение 3847,89 2 408,55 2 093,22 2 157,84 2 408,92 3 369,31

В таблице 7 представлены результаты расчета матриц межаттракторных расстояний между стохастическими центрами квазиаттракторов движения параметров ВСОЖ среднего возраста I и II периода с ОМЦ.

При сравнении суммарных расстояний между центрами квазиаттракторов (при сложении всех элементов столбцов) в гипотезе равномерного распределения, было установлено, что наибольшие отличия были получены для первой группы женщин в возрасте 21-35 лет с ОМЦ в I фазе (23 087,36 у.е. - абсолютный показатель, 3847,89 у.е. - усредненный). На втором месте по этим же показателям стоят женщины в возрасте от 36 до 55 лет с ОМЦ в III фазе (20 215,86 у.е. - абсолютные значения и 3369,31 у.е. - усредненные).

При сравнении межаттракторных расстояний между центрами хаотических квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР

Таблица 8

Матрица межаттракторных расстояний Zc (у.е.) меяаду центрами хаотических квазиаттракторов движения вектора состояния организма женщин двух групп с ОМЦ в 13-мерном фазовом пространстве

состояний

Женщины 1-ой возрастной группы с ОМЦ (п=18) Женщины 2-ой возрастной группы с ОМЦ (п=18)

I фаза II фаза III фаза I фаза II фаза III фаза

Женщины 1-ой возрастной группы с ОМЦ (п=18) I фаза 0,00 25 207,57 25 077,81 29 329,71 24 675,19 34 318.62

II фаза 25 207,57 0,00 4 375,71 4 802,49 5 694,50 10 083.34

III фаза 25 077,81 4 375,71 0,00 5 961,62 1 491,49 9 311.06

Женщины 2-ой возрастной группы с ОМЦ (п=18) I фаза 29 329,71 4 802,49 5 961,62 0,00 7 157,92 6 359.34

II фаза 24 675,19 5 694,50 1 491,49 7 157,92 0,00 9 940.42

III фаза 34 318,60 10 083,34 9 311,06 6 359,34 9 940,42 0.00

Сумма элементов столбцов 138 608,88 50 163,61 46 217,69 53 611,08 41 801,6 70 012,78

Усредненное значение 23 101,48 8 360,60 7 702,95 8 935,18 б 966,93 11 668,8

у женщин 21-35 лет и 36-55 лет с ОМЦ (табл. 8) наблюдалась аналогичная картина: наибольшие отличия в показателях Zs были получены для женщин в возрасте от 21 до 35 лет с ОМЦ в I фазе (138 608,88 у.е. - абсолютный показатель, 23 101,48 у.е. - усредненный). На втором месте по этим же показателям стоят женщины в возрасте от 36 до 55 лет с ОМЦ в III фазе (70 012,78 у.е. - абсолютные значения и 11 6668,8 у.е. - усредненные).

Воздействия жестких экологических условий Севера на организм не вызывает сомнений, т.к. они оказывают выраженное негативное действие на многие функциональные системы организма человека и на его адаптационные возможности в целом. Особым образом на эти факторы реагирует женский организм, который получает дополнительную нагрузку в период беременности и родов. В связи с этим различные физиологические изменения женского организма в экстремальных климатических и социально-географических условиях приобретают определенные

особенности, имеющие системный характер.

С использованием нового метода биоинформационного анализа в рамках теории хаоса и синергетики были проведены исследования в тенденции развития женского организма в период беременности в сравнительном аспекте с учетом экологических факторов среды.

По результатам использования программы «Identity» (В.М. Еськов) нами были выполнены расчеты квазиатгракторов по параметрам вектора состояния организма беременных женщин (в частности, состояние сердечно-сосудистой системы).

В таблице 9 представлены результаты расчета параметров квазиаттракторов вектора состояния организма беременных женщин в многомерном фазовом пространстве состояний при смене сезонов года.

По результатам проведенного биоинформационного анализа была установлена степень хаотичности поведения изучаемых параметров.

Таблица 9

Результаты расчета в 13-ти мерном фазовом пространстве состояний параметров квазиаттракторов показателей вариабельности сердечного ритма у беременных женщин в зависимости от сезонов года (п=30)

Сезоны года Количество измерений п = 30 Размерность фазового пространства m = 13

General asymmetry value гХ General V value vX

Лето 4 943,83 3,22E28

Осень 8 491,98 9,71E28

Зима 3 215,38 19,45E28

Весна 6 213,96 574,31E28

Примечания: гХ - показатель асимметрии, vX - объем 13-тимерного квазиаттрактора.

Так, самый низкий показатель асимметрии гХ наблюдается в зимний сезон года, который составил 3 215,38 у.е., летом этот показатель составил 4 943,83 у.е., весной 6 213,96 у.е., в осенний период наблюдается самый высокий

показатель расстояния между геометрическим и стохастическим центрами квазиатгракторов и равен 8 491,98 у.е. Такой разброс в показателях асимметрии может свидетельствовать о дезадаптации организма беременной женщины в разные сезоны года.

Алгоритм идентификации размеров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма беременных женщин выявил, что объем квазиаттрактора \Х самый низкий в летний сезон года, тогда как самый высокий наблюдается весной 574,31Е28 у.е. Несмотря на то, что показатель асимметрии самый гХ высокий осенью и самый низкий зимой, объем параллелепипеда уХ, внутри которого находится квазиаттрактор вектора состояния организма беременных, осенью равен 9,71Е28 у.е., а зимой -19,45Е28 у.е.

Такие различия в параметрах квазиаттракторов могут объясняться тем, что осень более благоприятное время года, нежели зима или весна для будущих мам, так как в этот период, после летнего отдыха в оптимальных экологических условиях, их организм насыщен большим количеством природных витаминов, других питательных веществ и микроэлементов. Известно, что пребывание беременной женщины ранней осенью (в условиях ее проживания в г. Сургуте) очень полезно для ее организма и благотворно влияет на развитие плода. Однако, существует вероятность в осенний сезон переболеть, например, ОРВИ, о чем и свидетельствует высокий показатель асимметрии в осенний период.

В зимний период года очень низкие температуры сокращают до минимума прогулки беременных на свежем воздухе, что, безусловно, отрицательно сказывается на развитие плода. Одновременно с развивающейся гипокинезией зимой снижается содержание кислорода в воздухе.

Весной, после затяжной и холодной зимы, организм будущей мамы очень ослаблен, что обусловлено острой нехваткой витаминов и микроэлементов, жизненно необходимых для ее организма и нормального развития плода. Весной наблюдается пик инфекционных заболеваний, что особенно характерно для женщин в первые месяцы беременности. Неблагоприятные климатические условия в весенний период года также способствуют на большой разброс параметров вариабельности сердечного ритма у беременных женщин, которые представлены в таблице 9.

Изменения функциональных систем организма беременных женщин объясняются не только климатическими изменениями, но и нарушениями гормональной регуляции функций жизненно важных органов и систем самих беременных. Установлено, что первое место в структуре патологических состояний второй половины беременности занимают гестозы, которые характеризуются изменениями сердечно-сосудистой и нервной систем, нарушениями функций почек. Помимо сердечной недостаточности характерным осложнением при гестозе является и хроническая фетоплацентарная недостаточность (ХФПН), приводящая к задержке развития плода и гипоксии.

При использовании алгоритма параллельной идентификации параметров квазиатгракторов ВСО беременных женщин в разные сезоны года наиболее существенным диагностическим показателем у беременных женщин во все сезоны года является показатель Total power (Х10). При исключении данного признака расстояние между центрами двух квазиаттракторов в различные сезоны составляет: Z10 = 1 433,43 у.е., Z10 = 340,19 у.е., Z10 = 2 075,38 у.е., Z10 = 1 766,64 у.е., Z10 = 822,89 у.е., Z10 = 2 413,92 у.е.

Для данных групп женщин был произведен расчет матриц межаттракторных расстояний между стохастическими центрами (Zs) и расстояний между хаотическими центрами (Zc), и были использованы данные 4-ех квазиатгракторов из 13-ти измерений параметров ВСО женщин с четырьмя нозологическими единицами (лето, осень, зима, весна).

Таким образом, были установлены существенные различия в динамике изменения расстояний Zs между стохастическими центрами и расстояний Zc между центрами хаотических квазиаттракторов движения вектора состояния показателей вариабельности сердечного ритма у беременных женщин у 4-ех групп в 13-мерном фазовом пространстве состояний в сравнении с эколого-климатическими условиями ХМАО-Югры.

Ниже мы представили табличные данные с матрицами расстояний Ъч между стохастическими и хаотическими центрами квазиатгракторов вектора состояния системы (ВСС) беременных женщин в разные сезоны года (табл. 10).

Сравнивая общие (суммарные) расстояния между квазиатгракторами (при сложении всех элементов столбцов) в гипотезе равномерного распределения, было установлено, что наибольшие отличия были получены для группы беременных женщин в зимний период (9 173,91 абсолютно и 2 293,48 усреднено).

Таблица 10

Матрица межатгракгорных расстояний Zs (у.е.) между стохастическими

центрами хаотических квазиатгракторов движения параметров вектора состояния организма беременных женщин в разные сезоны года в 13-мерном фазовом пространстве состояний

Сезоны года Сезоны года

Лето Осень Зима Весна

Лето 0,00 618,41 3592,60 2328,69

Осень 618,41 0,00 4209,77 2941,32

Зима 3592,60 4209,77 0,00 1371,54

Весна 2328,69 2941,32 1 371,54 0,00

Сумма элементов столбцов 6539,7 7769,5 9173,91 6641,55

Усредненное значение 1634,93 1942,37 2293,48 1660,39

На втором месте по величине данного параметра находятся женщины, период беременности которых протекает осенью (7769,5 у.е. - абсолютно и 1942,37 у.е. -усреднено), на третьем месте находятся показатели в весенний период (6 641,55 у.е. - абсолютно и 1660,39 у.е. - усреднено) и, наименьшие значения выявлены у

группы беременных в летний сезон года (6539,7 у.е. - абсолютно и 1634,93 у.е. -усреднено).

Таблица 11

Матрица межаттракторных расстояний Ъс (у.е.) между центрами хаотических квазиаттракторов движения параметров вектора состояния организма беременных женщин в разные сезоны года в 13-мерном фазовом пространстве состояний

Сезоны года Сезоны года

Лето Осень Зима Весна

Лето 0,00 4262,61 5 354,18 2 343,47

Осень 4 262,61 0,00 9 547,12 6109,44

Зима 5354,18 9547,12 0,00 4 542,75

Весна 2 343,47 6 109,45 4 542,75 0,00

С>:иш элементов столбцов 11 960,26 19990,18 19444,05 12 995,66

Усредненное значение 2 990,06 4 979,79 4861,01 3248,91

Сравнивая межаттракторные расстояния между центрами хаотических квазиаттракторов движения вектора состояния показателей ВСР у беременных женщин 4-ех групп (табл. 11), была выявлена схожая картина по значениям межаттракторных расстояний между стохастическими центрами. Таким образом, наибольшие отличия получены для группы беременных в осенний период (19 990,18 у.е. - абсолютно и 4 979,79 у.е. - усреднено), на втором месте параметры ВСОЖ у беременных в зимний сезон (19 444,05 у.е. - абсолютно и 4 861,01 у.е. - усреднено), на третьем месте находятся показатели в весенний период (12 995,66 у.е. - абсолютно и 3 248,91 у.е. -усреднено). Наименьшие отличия отмечаются в 4-й группе, у женщин, беременность которых протекает в летний период (11 960,26 у.е. - абсолютно и 2 990,06 у.е. - усреднено).

В целом, сравнительный биоинформационный анализ матриц межаттракторных расстояний между стохастическими и хаотическими центрами квазиаттракторов динамики поведения параметров функционального состояния беременных женщин выявил наибольшие различия в осенний и зимний сезоны года, которые могут свидетельствовать о том, что, обменные процессы в организме беременной женщины в данный период года протекают быстрее, что положительно влияет на самочувствие будущей мамы, кроме того, организм беременной насыщен летне-осенними витаминами и нерастраченным иммунитетом.

выводы

1. С рамках биоинформационного анализа параметров вегетативной регуляции организма женщин, проживающих в условиях Югры, основанного на дегерминистско-стохастическом подходе (ДСП) наблюдается тенденция преобладания активности парасимпатического звена у женщин первого (2135 лет) и второго (35-55 лет) периода зрелости в фазе секреции ОМЦ, кроме этого выявлены увеличенные показатели суммарного эффекта вегетативной регуляции кровообращения (SDNN). У женщин с существенными гормональными изменениями, вызванными климактерическим периодом, установлены незначительное преобладание показателя активности симпатического звена ВНС над парасимпатическим и самый высокий показатель, индекса напряжения в пожилом возрасте. Отмечена нормотония (показатели SIM и PAR) у женщин II периода зрелости (<х> = 51,3 года), при этом, достоверно значимых различий по показателям вегетативного статуса женщин с овариально-менструальным циклом не выявлено в рамках ДСП, что демонстрирует специфические закономерности организма женщин Югры.

У беременных- женщин в рамках ДСП установлены высокие показатели PAR и HF в осенний период, и высокие значения показателя индекса напряжения их организма в зимний и весенний сезоны года (HR3„„a = 133,13 у.е., Швссна = 116,63 у.е.), которые могут быть следствием определенной перестройки организма беременной, особенно, когда приближается период родов.

2. Исследование динамики поведения параметров вектора состояния организма женщин Югры в возрасте от 21 до 74 лет с нарушениями ОМЦ, в 13-тимерном фазовом пространстве состояний показало, что наибольший разброс по параметрам ФСО женщин наблюдается в возрасте от 21 до 35 лет в I фазе ОМЦ (гХ = 28 987,33 у.е., vX = 519.63Е28 у.е.), которая характеризуется как менструальный и фолликулярный периоды ОМЦ. Такие показатели количественно демонстрируют закономерности функционального состояния женщины. В возрасте от 36 до 55 лет самые высокие показатели расстояния асимметрии и объемов квазиатгракторов наблюдаются во II фазе (гХ = 9 647,95 у.е., vX = 13,2Е28 у.е. Наибольший объем квазиатгракторов у женщин с диагнозом менопауза демонстрирует особенности и закономерности параметров организма женщин Югры.

3. Расчет матриц межаттракторных расстояний параметров вектора состояния организма беременных женщин с помощью методов многомерных фазовых пространств показал, что наибольшие различия наблюдаются у беременных в весенний и зимний сезоны года, причем наибольшие расстояния установлены в сравнении с периодом осень-зима. Такой расчет можно использовать как метод оценки различий сезонной динамики параметров организма женщин на других территориях.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Использованные алгоритмы идентификации объемов квазиатграктороЕ вектора состояния организма женщин разных возрастных групп с нарушениями овариально-менструального цикла и без таковых необходимо применять в акушерско-гинекологической практике, т.к. данный метод дает количественную оценку характера протекания этих процессов.

2. Метод расчета матриц межатгракторных расстояний целесообразно внедрять в работу научно-исследовательских медицинских учреждений и учреждений практического здравоохранения, т.к. он количественно показывае1 особенности протекания беременности в зависимости от сезонов года.

Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК при соискании ученой степени кандидата наук:

1. Насирова А.Р. Интегративный подход в лечении гинекологических заболеваний в условиях Севера РФ / Р.Н. Живогляд, О.В. Жибаркина, А.Р. Насирова и др. // Вестник новых медицинских технологий. Т. XVI, № 4. - 2009. - С. 26-28.

2. Насирова А.Р. Динамика параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин при овуляционных циклах / O.E. Филатова, А.Р. Насирова, Т.Н. Шипилова и др. // Вестник новых медицинских технологий. Тематический выпуск, Т. XVI, №1/1.-2009.-С. 125-127.

3. Насирова А.Р. Сравнительный системный анализ параметров аттракторов женщин с гестозом, без гестоза и небеременных / A.A. Балтикова, А.Р. Насирова, О.В. Жибаркина и др. // Информатика и системы управлений. №4 (22). - 2009. - С. 53-55.

4. Насирова А.Р. Состояние функций женского организма в норме и при патологии по параметрам квазиаттрактора / В.В. Еськов, О.В. Жибаркина, А.Р. Насирова и др. И Современные наукоемкие технологии. № 12. - 2010. - С. 33-34.

Статьи, опубликованные в других журналах, научных сборниках:

1.Насирова А.Р. Сравнительная оценка параметров аттракторов вектора биохимических показателей организма коренного и некоренного населения Югры / А.Р. Насирова, А.Г. Привалова, О.И. Шатрова // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции.-2008.-С. 195-197.

2.Насирова А.Р. Анализ параметров квазиаттракторов движения вектора состояния организма женщин при гирудотерапии / Р.Н. Живогляд, О.В. Жибаркина, А.Р. Насирова и др.// Синергетика природных, технических и социально-экономических систем. - 2009. -С. 58-62.

3.Насирова А.Р. Сравнительный анализ динамики изменения вегетативной нервной системы работников ОАО «Сургутнефтегаз» в разные периоды времени / A.A. Брускова, М.А. Филатов, А.Р. Насирова//Наука и инновации 21 века. -2009.-Т. 1. С. 134-135.

4.Насирова А.Р. Синергетический подход в коррекции гомеостаза человека при лечении бронхиальной астмы / О.В. Жибаркина, Р.Н. Живогляд, А.Р. Насирова // Экологический вестник Югории. - 2009. - Т. VI, №3. - С. 73-78.

5.Насирова А.Р. Синергетическая оценка параметров сердечнососудистой системы студентов СурГУ / В.Н. Голушков, A.A. Соколова, А.Р. Насирова // Экологический вестник Югории. - 2009. - Т. 6, № 4. С. 51-58.

6.Насирова А.Р. Сезонная динамика женской патологии в Югре / О.В. Жибаркина, Р.Н. Живогляд, А.Р. Насирова и др. // Медицинская экология: сб. статей IX Международной научно-практической конференции. - 2010. - С. 43-45.

7.Насирова А.Р. Системный анализ физиологических параметров организма женщин при лечении трудотерапией в условиях Югры / Р.Н. Живогляд, О.В. Жибаркина, А.Р.

Насирова и др. // Современные технологии восстановительной медицины Профессиональное долголетие и качество жизни. - 2010. - С. 102-103.

8.Насирова А.Р. Изучение особенности регуляции сердечной деятельности организма жителей Югры с помощью методов синергетики / Д.И. Степанова, А.Ф. Берестовая, А.Р Насирова и др. // Синергетика природных, технических и социально-экономических систем: сб. статей VIII Международной научной конференции. - 2010. С. - 45-52.

9.Насирова А.Р. Методы восстановительной медицины при лечении бронхиальной астмы в Югре / О.В. Жибаркина, Р.Н. Живогляд, А.Р. Насирова и др. // Международная научно-практическая конференция "Физиологические механизмы адаптации человека". - 2010. -С. 259-262.

10. Насирова А.Р. Экзаменационный стресс у студентов Югры с позиций синергетического подхода / Г.С. Козупица, Е.А. Мишина, А.Р. Насирова и др. // Современные аспекты клинической физиологии в медицине: сб. статей Всероссийской научно-практической конференции. - 2008. - С. 183-185.

11. Насирова А.Р. Развитие женской патологии в Югре с позиции теории хаоса и синергетики Н Фундаментальные и прикладные аспекты современной биологии. 2010. - С. 218-220.

12. Насирова А.Р. Динамика развития женской патологии в Югре в разные сезоны года / О.В. Жибаркина, Р.Н. Живогляд, А.Р. Насирова // Экологический вестник Югории, 2010. -Т. 7,№ 1.-С. 52-56.

13. Насирова А.Р. Изучение параметров вектора состояния организма женщин Югры с помощью методов синергетики / Жибаркина О.В., Живогляд Р.Н., Насирова А.Р. и др. // Синергетика природных, технических и социально-экономических систем. 2011 г. - С. 28-30.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

1. БДС - биологическая динамическая система

2. ВНС - вегетативная нервная система

3. ВСС - вектор состояния системы

4. ВСОЖ - вектор состояния организма женщин

5. ВСОЧ - вектор состояния организма человека

6. ВСР - вариабельность сердечного ритма

7. ДСП - детерминистско-стохастический подход

8. КА - квазиаттрактор

9. КИ - кардиоинтервал

10. НОМЦ - нарушение менструального цикла

11. ОМЦ - овариально-менструальный цикл

12. ФПС - фазовое пространство состояний

13. ФСО - функциональное состояние организма

14. ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ

15. ХФПН - хроническая фетоплацентарная недостаточность

16. ЦНС - центральная нервная система

Формат 60x84/16. Объем 0,97 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ № 119. Отпечатано на ризографе в полиграфическом отделе СурГУ, 628412, г. Сургут, ул. Лермонтова, 5.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Насирова, Арзу Рамазановна, Сургут

61 12-3/1012

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры"

НАСИРОВ А АРЗУ РАМАЗАНОВНА

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНИЗМА ЖЕНЩИН ЮГРЫ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

03.01.09 - математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор ФИЛАТОВА ОЛЬГА ЕВГЕНЬЕВНА

Сургут-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

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

ГЛАВА 1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЮГРЫ В АСПЕКТЕ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА..........................................................................................................11

1.1. Особенности экологических факторов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры...................................................... 11

1.2. Состояние функциональных систем организма человека, проживающего на Севере, в аспекте саногенеза и патогенеза....................................20

1.3. Особенности функциональных систем организма женщин при овариально-менструальных циклах. Параметры организма беременных женщин.......................................................................... 38

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................... 44

2.1. Объект и дизайн исследования............................................. 44

2.2. Методы регистрации показателей сердечно-сосудистой системы и идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния функциональных систем организма человека................................. 47

2.3. Новые запатентованные методы диагностики степени синергизма

в биомедицинских исследованиях.............................................. 64

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 70

3.1. Биоинформационный анализ параметров женского организма с позиций детерминистско-стохастического подхода......................... 70

3.2. Особенности динамики поведения вектора состояния организма женщин в многомерном фазовом пространстве для разных возрастных групп..........................................................................................................................32

3.3. Особенности динамики поведения вектора состояния организма беременных женщин в многомерном фазовом пространстве с учетом сезонной динамики.................................................................. 90

ВЫВОДЫ............................................................................. 96

ЛИТЕРАТУРА....................................................................... 98

ПРИЛОЖЕНИЕ..................................................................... 114

Список сокращений

1. АД - артериальное давление

2. БДС - биологическая динамическая система

3. ВНС - вегетативная нервная система

4. ВС - вектор состояния

5. ВСОЖ - вектор состояния организма женщин

6. ВСОЧ - вектор состояния организма человека

7. В CP - вариабельность сердечного ритма

8. ВУВ - внешние управляющие воздействия

9. ГАМК - гамкергический механизм

10. ДСП - детерминистско-стохастический подход 11 .ИНБ - индекс напряжения по P.M. Баевскому

12.КА - квазиаттрактор

13. КИ - кардиоинтервал

14.ККП - компартментно-кластерный подход

15 .ККТБ - компартментно-кластерная теория биосистем

16.КРС - кардио-респираторная система

17.МАН - метод адаптивного наблюдателя

18.МП - магнитное поле

19.НВС - нейровегетативная система

20.НМС - нервно-мышечная система

21.НОМЦ- нарушения овариально-менструального цикла

22.НС - нейросети

23.НТС - нейротрансмитерная система 24.0МЦ - овариально-менструальный цикл

25.ПАР (PAR) - показатель активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы

26.ПП - параметры порядка

27.Р - русла

28.СИМ (SIM) - показатель активности симпатического отдела вегетативной нервной системы

29.CP - стационарный режим

30.ССС - сердечно-сосудистая система

31 .ТХС - теория хаоса и синергетика

3 2. ФМ - фазатон мозга

33.ФПС - фазовое пространство состояний

34.ФСО - функциональная система организма

35.ФТМ - фазатонная теория мозга

36.ХМАО - Югра - Ханты-Мансийский автономный округ - Югра

37.ЦНС - центральная нервная система

38.ЧСС (HR) - частота сердечных сокращений

39.Sp02 - уровень насыщения гемоглобина крови кислородом

40.VLF - спектральная мощность колебаний ритма сердца в диапазоне сверхнизких частот

41.HF - спектральная мощность колебаний ритма сердца в диапазоне высоких частот

42.LF - спектральная мощность колебаний ритма сердца в диапазоне низких частот

43.LF/HF - соотношение уровней активности центрального и автономного контуров регуляции

44.SDNN - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов

45.Total power (TP) - общая спектральная мощность колебаний ритма сердца

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Организм человека является иерархической системой со множеством уровней организации и управления. Слаженная работа различных функциональных систем организма (ФСО), оптимальное управление со стороны вегетативной нервной системы (ВНС) всеми ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно-необходимых пределах, соответствующих саногенезу. Поскольку подобные системы являются сложными иерархическими системами, то описывать такие процессы возможно, если использовать медико-кибернетический подход, в рамках которого становится важным определить иерархические уровни организации управления как отдельными ФСО, так и их комплексами в общей системе управления гомеостазом организма с использованием многомерных фазовых пространств (ФГТ) и вектора состояния (ВС) таких систем [64].

Особые задачи возникают и в связи с учетом эколого-климатических условий Севера, которые оказывают влияние на все параметры функциональных систем организма женщин, что проявляется и в изменении циклических процессов, свойственных женскому организму. Месячные циклы овуляции у женщин являются ритмическими повторяющимися сложными физиологическими процессами адаптационной метаболической перестройки организма [5, 21, 30, 72]. Кроме этого, пристального внимания требует функциональное состояние женщин в период беременности и родов, т.к. при беременности у женщин изменяются психоэмоциональное состояние, отношение к окружающим, они по-особенному реагируют на внешние и внутренние раздражители [30]. Так, например, при воздействии экологических факторов Севера, в зависимости от длительности проживания в данных условиях, возможны различные изменения параметров ФСО женщин, которые можно зарегистрировать особым образом именно на системном уровне в рамках биоинформационного анализа [123].

Цель исследования: в рамках многомерных фазовых пространств (ФП) установить закономерности в поведении вектора состояния организма женщин Югры.

Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи:

1. Выполнить сравнительный биоинформационный анализ параметров вегетативной регуляции организма женщин, проживающих в Югре, с позиций детерминистско-стохастического подхода.

2. Выявить особенности динамики поведения вектора состояния женского организма в многомерном фазовом пространстве для разных возрастных групп женщин.

3. Установить особенности динамики поведения вектора состояния организма беременных женщин в многомерном фазовом пространстве с учетом сезонной динамики.

Научная новизна работы:

1. Впервые разработан и выполнен сравнительный анализ эффективности стохастических и синергетических методов в изучении особенностей женского организма.

2. Впервые с помощью методов биоинформационного анализа выполнены исследования в динамике поведения вектора состояния организма женщин в многомерном фазовом пространстве для четырех возрастных групп женщин.

3. Впервые с помощью матриц межаттракторных расстояний выполнены исследования особенностей динамики поведения вектора состояния организма человека для беременных женщин с учетом сезонной динамики. Теоретическое и практическое значение работы:

1. Разработанный и апробированный метод идентификации параметров квазиаттракторов на плоскости целесообразно применять в теории и практике акушерства и гинекологии для выявления и визуализации возрастных и территориальных (экологических) особенностей женского организма.

2. Новые методы диагностики параметров квазиаттракторов движения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний обеспечивают реальную идентификацию физиологических особенностей женщин, проживающих в условиях, приравненных к условиям Крайнего Севера, что целесообразно использовать как в научных исследованиях, так и в клинической практике.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Используя современный метод биоинформационного анализа параметров организма женщин Югры с позиций детерминистско-стохастического подхода, установлена тенденция преобладания тонуса симпатической вегетативной нервной системы в регуляции овариально-менструального цикла и в период беременности, что может быть прямой причиной особенностей протекания физиологических функций в их организме.

2. Выполненные исследования, с позиций биоинформационного анализа, динамики поведения параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин в возрастной группе 21-35 лет с овариально-менструальным циклом показывают наибольший разброс параметров квазиаттракторов в I фазе ОМЦ (секреции), что количественно характеризует особенности вегетативной регуляции в женском организме. В возрастной группе 36-55 лет самые высокие показатели расстояния асимметрии и объемов квазиаттракторов наблюдаются во II фазе менструального цикла (десквамации), указывающие на нарушения метаболических состояний в вегетативной нервной системе. Значительное увеличение объемов квазиаттракторов установлено у женщин с отсутствием менструальных циклов, вызванных менопаузой.

3. Анализ матриц межаттракторных расстояний параметров квазиаттракторов женщин Югры в период беременности показал существенные информационные различия, связанные с особенностями климатических условий, в частности, установлены наибольшие межаттракторные расстояния в зимний и весенний сезоны года в сравнении с осенним и летним сезонами.

Внедрение результатов работы. Разработанные программы и методы идентификации параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин внедрены в МУ ХМАО-Югры «Сургутская окружная клиническая больница», а также в учебные курсы по клинической кибернетике, используются в лекционных курсах и практических занятиях по функциональному состоянию организма человека, проживающего на Севере.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на 6 Международных, 3 - Всероссийских и 1 Окружной научно-практических конференциях: на Международной научной конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем» (Тольятти, 2009-2011); IX Международной научно-практической конференции «Медицинская экология» (Пенза, 2010); XI Международной конференции «Современные технологии восстановительной медицины. Профессиональное долголетие и качество жизни» (Сочи, 2010); Международной научно-практической конференции «Физиологические механизмы адаптации человека» (Тюмень, 2010); Всероссийской научно-практической конференции (г. Самара, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты клинической физиологии в медицине»; Первой Всероссийской молодежной научной конференции, посвященной 125-летию биологических исследований в Томском государственном университете «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биологии» (Томск, 2010); IX окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2009).

Декларация личного участия автора. Автор лично принимал участие в получении первичных материалов при обследовании женщин в условиях возрастных и территориальных особенностей, а также проведен анализ полученных результатов исследования. Кроме этого, автором проведены исследования в области установления закономерностей изменения параметров квазиаттракторов вектора состояния организма женщин под воздействием внешних факторов.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа содержит 125 страниц машинописного текста. Она выполнена в традиционном стиле и состоит из "Введения", первой главы, представляющей обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме; второй главы "Объект и методы исследования", представляющей объект исследования и общие традиционные и оригинальные запатентованные методы, применяемые в настоящей работе; третьей главы "Результаты исследований и их обсуждение", содержащей результаты собственных наблюдений и выявлению с позиций биоинформационного анализа особенностей динамики вектора состояния организма женщин; выводов; списка литературы; приложений. Работа содержит 14 рисунков и 18 таблиц. Библиографический указатель содержит 143 источника работ, из которых 123 на русском языке и 20 на иностранных. Работа содержит 14 рисунков и 18 таблиц.

ГЛАВА 1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЮГРЫ В АСПЕКТЕ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ

ЧЕЛОВЕКА

1.1. Особенности экологических факторов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры

Ханты-Мансийский автономный округ (ХМАО) - Югра является субъектом Российской Федерации (РФ) в составе Тюменской области. Административный центр - город Ханты-Мансийск. Крупнейшие города ХМАО - Югры - Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск. Ханты-Мансийский автономный округ расположен на Западно-Сибирской равнине, рельеф которой в большей своей части плоский, с абсолютными отметками высот 36-55 мБС и перепадами высот 1-5 м, что оказывает большое влияние на сезонный температурный режим. В рельефе выделяются Сибирские Увалы и Северо-Сосьвинская возвышенность (высота до 301 м). Граничит с Ямало-Ненецким автономным округом, Красноярским краем, Томской областью, севером Тюменской области, Свердловской областью и Республикой Коми [16, 79].

Климат Крайнего Севера имеет некоторый парадокс - на фоне чистой атмосферы на территориях, ставших урбанизированными, происходит существенное накопление поллютантов до опасных уровней их концентраций. В связи с этим оценка микроклиматических особенностей районов, связанных с формами рельефа земной поверхности, в условиях Севера, является наиболее важной. Климат ХМАО - Югры характеризуется большой континентально-стью: на протяжении 8 месяцев (с октября по апрель) на севере округа отмечается суровая продолжительная зима с сильными ветрами и метелями, не редки весенние возвраты холодов. С июня до сентября устанавливается короткий безморозный период, однако практически без заморозков обходится только июнь и июль месяцы, потому лето довольно короткое, но теплое [79].

В формировании климата существенную роль играют следующие факторы [104]:

> преобладающий перенос воздушных масс с запада. Таким образом, количество осадков, выпадающих на территории округа, почти полностью зависит от влаги, приносимой с Атлантики; континентальный характер климата выражается в большой повторяемости антициклональной погоды;

> расположение Уральских гор на западе округа обеспечивает защищенность территории с Запада Уральским хребтом, приводящая, в частности, к уменьшению осадков в сравнении с европейской частью (так называемая "тень" Урала);

> открытость территории с севера и юга, обеспечивающая беспрепятственное проникновение арктического холодного воздуха с севера и тропического и умеренного воздуха с юга, способствует, как проникновению холодных арктических масс в любое время года, так и свободному выносу прогретого воздуха Средней Азии. Имеют значение также особенности подстилающей поверхности - наличие огромных заболоченных пространств, обилие локальных понижений, в которых и летом возможны ночные заморозки.

В зимний период года преобладает антициклональный тип погоды, обусловленный воздействием отрога Сибирского максимума. Циклоны, в основном, проходят вдоль побережья Северного Ледовитого океана с вытянутыми на юг ложбинами. Фронты, перемещаясь с запада на восток, сопровождаются ухудшением погоды: снегопадами, метелями, пасмурным небом. Эта типичная циркуляция нередко нарушается меридиональной циркуляцией, а именно выходом южных циклонов, вызывающих оттепели и сильные метели, кроме того и вторжением арктического воздуха с Карского моря (вторжение антициклона по ультраполярной оси).

В весенний период синоптические процессы отличаются большой интенсивностью и скоростью перемещения, что обуславливает резкие смены погоды. Так, практически ежегодно с апреля по май случаются прорывы южных циклонов, вызывающих резкое потепление и таяние снега, на смену которым обычно вторгается холодный арктический воздух [115].

В отличие от зимних, летние процессы протекают значительно медленнее зимних. Соответственно циклоны не так глубоки и ветры не так сильны, как зимой и в переходный период. В конце июня и первую половину июля за счет влияния Азорс�