Биоинформационный анализ хаотической динамики положения электрической оси сердца учащихся Югры

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ХАОТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОСИ СЕРДЦА УЧАЩИХСЯ ЮГРЫ

Нифонтова О.Л., ПриваловаА.Г., Власова C.B., ЮсифовЮ.А.

ГБОУВПО «Сургутский государственный педагогический университет ХМАО - Югры»

Динамика показателей биоэлектрического диполя сердца в различных популяциях школьников Среднего Приобья может быть описана с использованием нового метода идентификации параметров квазиаттракторов динамики поведения вектора состояния организма человека. Наиболее выраженные различия параметров квазиаттракторов вектора состояния организма школьников установлены в группах 11-14 лет.

Ключевые слова: биоинформатика, электрическая ось сердца, векторкардиография, учащиеся, северныйрегион.

Сердце является весьма чувствительным индикатором всех происходящих в организме процессов. Ритм и сила сердечных сокращений, регулируемые через симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы, очень чутко реагируют на любые стрессовые воздействия. Возрастные морфологические особенности сердца находят свое отражение на электрокардиограмме, дающей достаточно полное представление о процессах возбудимости, проводимости и метаболизма миокарда [5, 6]. Наиболее доступным, объективным и информативным методом изучения биоэлектрической активности сердца являются методы электрокардиографии и векторкардиографии [1,3,4,8].

Целью нашего исследования являлось выполнение системного анализа данных положения электрической оси сердца у детей школьного возраста 7-17 лет в зависимости от длительности проживания в гипокомфорт-ных условиях Среднего Приобья. Всего в исследовании приняли участие 711 учащихся Муниципальных образовательных учреждений Сургутского района ХМАО-Югры (из них - 389 школьников ханты и 322 уроженцев Среднего Приобья). Исследования проходили в ноябре - феврале на базах медицинских кабинетов образовательных учреждений. Информацию о возрастных электрофизиологических особенностях получили при электрокардиографическом (ЭКГ) и векторкардио-графическом (ВКГ) обследовании детей в состоянии покоя. Запись и анализ ЭКГ и ВКГ производили в первой половине дня с помощью аппаратно-программного комплекса «Анкар-131». Параметры ЭКГ и ВКГ регистрировали в положении лежа на спине, при

спокойном дыхании, после 15-минутного отдыха. Ребенок не делал глубоких вдохов, не кашлял, не сглатывал слюну, не разговаривал. Для конечностей применялись электроды, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 25995, грудные - диаметром 25 мм. В кардиоанали-заторе предусмотрена индикация качества наложения электродов. Электроды на конечности накладывались по общепринятой методике. Скорость записи составляла 50 мм/с и производилась в 12 отведениях. Полученные данные анализировались общепринятыми методами вариационной статистической обработки и программы идентификации квазиаттракторов вектора состояния организма детей в ш-мерном фазовом пространстве, разработанную и запатентованную в НИИ Биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском государственном университете [2].

Характер расположения сердца в грудной клетке а, следовательно, и основное направление его электрической оси зависит от телосложения ребенка [7]. В наших исследованиях величина электрической оси сердца (ЭОС) в группах 7-10, 11-14, 15-17-летних девочек и мальчиков ханты в среднем составила 63,27±2,72° и 69,09±4,37°; 64,60±2,27° и 65,38±2,50°; 64,48±3,57° и 62,97±4,77° соответственно. Индивидуальный анализ параметра (табл. 1) выявил следующее: в 7-10 лет в обеих половых группах преобладало вертикальное положение ЭОС, в 11-14 лет - нормальное, в 15-17 лет - у девочек ханты чаще встречалось нормальное положение ЭОС, а у мальчиков ханты - вертикальное. Частота встречаемости горизонтального положения ЭОС в группе девочек с возрастом снижалась, а в группе мальчиков ханты менялась

незначительно и оставалась в пределах 6-9%. Отклонение ЭОС влево (не попадая в сектор от -30° до -90°) у школьников ханты встречалось редко: у девочек - по одному случаю в каждой возрастной группе, у мальчиков - два случая в старшем школьном возрасте. Отклонение ЭОС влево на -33° выявлено у мальчика 9 лет. Отклонения ЭОС вправо регистрировались чаще как у мальчиков, так и у девочек, но с противоположной динамикой - у девочек с возрастом число случаев увеличивалось, а у мальчиков - снижалось. Отклонение ЭОС свыше +120° выявлено нами у шести человек: двух 7-летних мальчиков, девочки и двух мальчиков 11-12 лет и мальчика 14 лет.

Вектор-электрокардиография регистрировала изменения положения ЭОС на плоскости.

Анализ данных горизонтальной проекции выявил достоверное смещение влево петли Р в группе 11-14-летних мальчиков ханты с возрастом (р<0,05). У девочек ханты петля Т достоверно смещалась в влево как в 11-14 лет (р<0,001), так и в 15-17 (р<0,001) (табл. 2). В сагиттальной проекции у девочек ханты к 11 -14 годам петля Т отклонялась вправо (р<0,001). В этой же группе во фронтальной проекции регистрировалось отклонение вправо петли РЯБ (р<0,05). Во всех половозрастных группах в горизонтальной проекции отмечались отрицательные значения петли Т.

Достоверные различия по полу обнаружены у 11-14-летних школьников ханты в параметрах петли РЯБ в сагиттальной плоскости (р<0,05) и петли Т во фронтальной плоскости (р<0,001); у 15-17-летних - петли Т в горизонтальной (р<0,001) и фронтальной (р<0,05) проекциях.

Отклонение ЭОС влево у школьников, уроженцев Среднего Приобья встречалось редко: у девочек - случаев не выявлено, у мальчиков - по два случая в каждой возрастной группе. Отклонение ЭОС влево, попадая в сектор от -30° до -90°, выявлено у двух мальчиков 8 и 9 лет, и двух девочек 15 и 16 лет. У мальчиков частота встречаемости отклонений ЭОС вправо увеличивалась, а у девочек возрастала к 11-14 годам. Отклонение ЭОС свыше +120° выявлено нами у пяти человек - девочек 8 и 12 лет и мальчиков 11, 13 и14 лет (табл. 3).

Результаты, полученные по данным вектор электрокардиографии свидетельствовали о том, что к 11-14 годам волна возбуждения по петле QRS в горизонтальной проекции смещалась вправо как в группе мальчиков (р<0,001), так и в группе девочек (р<0,01). Петля Т к этому возрасту достоверно отклонялась влево (р<0,001 и р<0,01 соответственно). У мальчиков это смещение продолжалось ив 15-17 лет (р<0,05) (табл. 4). В сагиттальной проекции у мальчиков, уроженцев Среднего Приобья к 11-14 годам петля Т отклонялась вправо (р<0,05). В группе девочек во фронтальной проекции отмечалось отклонение вправо петли QRS (р<0,001). Во всех половозрастных группах в горизонтальной проекции регистрировались отрицательные значения петли Т. При сравнении показателей между мальчиками и девочками выявлены достоверные различия в параметрах петли QRS у 11-14-летних школьников в сагиттальной плоскости (р<0,05) и у 15-17-летних в горизонтальной (р<0,05), и петли Т в горизонтальной проекции у 15-17-летних школьников (р<0,05).

При межпопуляционном анализе обсуждаемых параметров нами установлены достоверные различия у мальчиков в горизонтальной проекции петли QRS в 7-10 лет (р<0,05) и петли Тв11-14 лет (р<0,05).

При сравнении параметров квазиаттракторов ВКГ установлено, что школьницы 7-10 лет имели наиболее выраженные различия по показателю асимметрии. У девочек, уроженок Среднего Приобья данной возрастной группы идентифицированы следующие параметры квазиаттракторов: объем многомерного параллелепипеда составил 4,56e+019, показатель асимметрии rX=99,52. У девочек ханты эти показатели выше: General V value: 1,33e+020, rX=151,14 (табл. 5, 6).

В группе уроженок Среднего Приобья среднего школьного возраста General V value: 3,12e+020, а показатель асимметрии максимальный для всех возрастных групп (rX=160,16). У девочек ханты объем квазиаттрактора отличался незначительно и составлял l,92e+020, а показатель асимметрии rX=147,16.

В 15-17 лет у девочек, уроженок Среднего Приобья объем квазиаттрактора максимальный для всех сравниваемых групп

(9,81e+020), а показатель асимметрии - rX = 140,63. У девочек ханты объем квазиаттрактора на порядок меньше - 6,42e+019 как и показатель асимметрии (rX=131,00).

У мальчиков 7-10 лет объем многомерного параллелепипеда, ограничивающего квазиаттрактор движения вектора состояния системы составлял у уроженцев Среднего Приобья 1,53e+020, а показатель асимметрии являлся минимальным для всех групп (rX=108,51) (табл. 7, 8).

У мальчиков ханты объем квазиаттрактора был на порядок выше (2,17e+021), а показатель асимметрии отличается незначительно (rX=116,41).

В среднем школьном возрасте как общий объем, так и показатель асимметрии были значительно больше в группе уроженцев Среднего Приобья, чем у мальчиков ханты (General V value: 6,99e+021 и rX=173,12, против General V value: 3,90e+020 и rX=117,94, соответственно). В возрасте 15-17 лет у уроженцев Среднего Приобья General V value: 8,95e+020, a rX=170,23, что незначительно превышало показатели параметров квазиаттракторов ханты (General V value: 1,82e+020 и rX=155,94).

Таким образом, углубленный анализ отклонения биоэлектрического диполя сердца на доврачебном этапе позволил выявить различную популяционную динамику, характерную для относительно здоровых сельских школьников аборигенов первого поколения и школьников ханты 7-17 лет постоянно проживающих в климатических условиях нашего региона. Наиболее выраженные различия параметров квазиаттракторов вектора состояния организма школьников установлены в группах 11-14 лет.

Литература

1. Буганов A.A., Уманская Е.Л., Саламатина Л.В. Вопросы профилактической кардиологии в экологически нестабильном районе Крайнего Севера. - Надым, 2000. -204 с.

2. Еськов В.М., Хадарцев A.A., Филатова O.E. Синергетика в клинической кибернетике. Часть 1. Теоретические основы системного синтеза и исследований хаоса в биомедицинских системах. - Самара: ООО «Офорт», 2006. - 223 с.

3. Макаров Л.М. ЭКГ в педиатрии. - М.: ИД «Медпрактика-М», 2002. - 274 с.

4. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения метода. - Иваново: Иван. гос. мед. академия, 2002. - 290 с.

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

6. Нифонтова О.Л., Привалова А.Г., Малин-кин С.В., Химикова О.И. Биоинформационный анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы у школьников - коренных жителей Югры // Вестник новых медицинских технологий. - 2012. - T.XVIII, №2. - С.422.

7. Осколкова М.К., Куприянова О.О. Электрокардиография у детей. - М.: МЕД-пресс, 2001. - 352 с.

8. Тупицын И.О., Андреева И.Г., Безобразо-ва В.Н., Догадкина С.Б., Кмить Г.В., Рублева Л.В. Развитие системы кровообращения // Физиология развития ребенка: теоретические и прикладные аспекты. -М.: Образование от А до Я, 2000. - 319 с.

BIOINFORMATION ANALYSIS OF CHAOTIC DYNAMICS OF ELECTRIC HEART AXIS IN UGRA PUPILS

Nifontova O.L., Privalova A.G., Vlasova S.V., Yusifov Yu. A.

Surgut State Pedagogical University, Surgut Abstract

Dynamics of electrobiological heart dipole in various populations of pupils from the Middle Priob'ye can be described by new method of identification of quasi-attractor parameters. More marked differences nave been revealed in quasi-attractor parameters of a state vector of pupils in 11-14 age-groups.

Keywords: bioinformatics, electric heart axis, cardiograpgy vector, pupils, North.

Таблица 1

Частота встречаемости положения ЭОС у школьников ханты 7-17 лет.

Возраст, лет Пол (n) 1 2 3 4 5

Факт. % Факт. % Факт. % Факт. % Факт. %

7-10 Д(п=73) 27 36,99 32 43,84 7 9,59 1 1,37 6 8,21

M(п=54) 18 33,33 23 42,59 4 7,41 - - 5 9,26

11-14 Д(п=100) 49 49,00 35 35,00 5 5,00 1 1,00 9 9,00

M (п=83) 45 54,22 27 32,53 5 6,02 - - 3 3,62

15-17 Д(п=44) 22 50,00 14 31,82 2 4,55 1 2,27 5 11,36

M(п=35) 11 31,43 17 48,57 3 8,58 2 5,71 2 5,71

Примечание: 1 - нормальное; 2 - вертикальное; 3 - горизонтальное; 4 - отклонение влево; 5 - отклонение вправо.

Таблица 2

Показатели ВКГ у школьников ханты 7-17 лет (М±ш).

Возр. Пол Horizontal Sagittal Frotóal

, лет (п) P° QRS° P° QRS° P° QRS°

о д (п=73) 9,20 ±6,74 29,86 ±2,73 -7,09 ±2,02 56,65 ±10,23 45,55 ±4,67 109,09 ±5,95 18,62 ±7,04 32,57 ±2,37 17,50 1,09

M (п=54) 14,11 ±9,63 39,66 ±4,56 -10,87 ±3,90 40,58 ±12,71 46,66 ±4,40 119,42 ±4,25 5,57 ±9,35 38,89 ±5,93 23,17 ±3,10

д (п=100 ) -1,32 ±6,00 35,04 3,06 -19,57 1,36— 51,22 ±9,10 54,54 ±2,66 129,75 ±4,65" • 15,34 ±6,13 41,02 ±2,52» 17,92 0,96

M (п=83) -10,89 ±6,05* 38,49 ±2,83 -17,66 ±1,95 32,39 ±12,20 45,82 * ±2,78 122,84 ±4,85 8,67 ±6,71 34,96 ±3,49 22,80* * ±1,03*

Г- д (п=44) -4,16 ±8,06 41,73 ±5,07 -21,57 ±1,99 36,66 ±16,36 53,09 ±4,09 115,77 ±12,23 15,77 ±8,64 48,64 ±4,30 16,18 ±1,72

1Л M (п=35) -15,28 ±10,31 45,61 ±4,14 -35,00*** ±2,31*" 37,44 ±18,18 41,50 ±5,07 137,67 ±9,28 12,67 ±11,04 34,22 ±6,02 22,19* ±2,12

Примечание: horizontal - горизонтальная плоскость; sagittal - сагиттальная плоскость; frontal - фронтальная плоскость; P°, QRS°, T° - петли ВКГ; достоверность различий между группами по полу: * - р<0,05, ** - р<0,01, *** - р<0,001; по сравнению с предыдущей возрастной группой: • - р<0,05; •• - р<0,01; ••• -р<0,001.

Таблица 3

Частота встречаемости положения ЭОС у школьников, уроженцев Среднего Приобья 7-17 лет.

Возраст, лет Пол 1 2 3 4 5

Факт. % Факт. % Факт. % Факт. % Факт. %

7-10 Д (п=52) 18 34,62 26 50,00 4 7,69 - 3 5,77

M (п=49) 20 40,82 21 42,86 - 2 4,08 4 8,16

11-14 д (п=59) 22 32,29 23 38,98 2 3,39 - 11 18,64

M (п=59) 21 35,59 20 33,90 5 8,48 2 3,39 8 13,56

15-17 д (п=52) 19 36,54 24 46,15 2 3,85 - - 5 9,62

M (п=51) 22 43,14 17 33,33 1 1,96 2 3,92 9 17,65

Таблица 4

Показатели ВКГ у школьников, уроженцев Среднего Приобья 7-17 лет (M±m)._

Возраст, Пол Horizontal Sagittal Frontal

лет (n) P° QRS° T° P° QRS° t° P° QRS° T°

7-10 д -9,52 26,00 -11,33 28,15 55,13 104,19 17,02 30,19 15,15

n=52 ±6,23 ±3,11 ±2,38 ±14,80 ±4,73 ±8,91 ±6,62 ±2,20 ±1,82

M 4,53 22,24 -11,16 63,90 49,82 112,80 20,80 32,90 19,35

n=49 ±8,83 ±5,76 ±2,44 ±12,59 ±6,89 ±5,30 ±8,67 ±3,39 1,15

11-14 д 8,64 40,15» -21,56" 51,15 52,32* 112,07 17,49 44,56»»» 17,49

n=59 ±7,17 ±3,39 ±3,08 ±12,56 ±3,57 ±10,86 ±7,17 ±2,54 ±2,16

M 5,00 46,02» -28,37»»» 41,88 34,90 131,12» 10,46 32,66 18,92

n=59 ±7,45 ±4,19 ±4,02 ±11,87 ±5,93 ±6,01 ±8,63 ±6,10 ±2,53

15-17 Д 5,31 35,69 -29,94* 52,27 53,12 104,71 11,42 40,67 10,19

n=52 ±9,96 ±4,40 ±3,35 ±13,61 ±4,14 ±16,28 ±9,95 ±4,48 ±3,56

M -10,51 48,67* -39,14» 52,33 41,71 138,88 29,69 44,00 18,78

n=51 ±6,38 ±4,47 ±2,67 ±13,78 ±4,30 ±9,17 ±7,66 ±4,37 ±3,65

Таблица 5

Параметры квазиаттракторов ВСО девочек 7-17 лет (координаты вектора - параметры ВКГ).

Уроженки Среднего Приобья Ханты

7-10 лет

General asymmetry value rX = 99.52 General V value : 4.56e+019 General asymmetry value rX = 151.14 General V value : 1.33e+020

11-14 лет

General asymmetry value rX = 160.16 General V value : 3.12e+020 General asymmetry value rX = 147.16 General V value : 1.92e+020

15-17 лет

General asymmetry value rX = 140.63 General V value : 9.81e+020 General asymmetry value rX = 131.00 General V value : 6.42e+019

Параметры квазиаттракторов ВСО мальчиков 7-' Таблица 7 7 лет (координаты вектора - параметры ВКГ).

Уроженки Среднего Приобья Ханты

7-10 лет

General asymmetry value rX = 108.51 General V value : 1.53e+020 General asymmetry value rX = 116.41 General V value : 2.17e+021

11-14 лет

General asymmetry value rX = 173.12 General V value : 6.99e+021 General asymmetry value rX = 117.94 General V value : 3.90e+020

15-17 лет

General asymmetry value rX = 170.23 General V value : 8.95e+020 General asymmetry value rX = 155.94 General V value : 1.82e+020