Стохастический и хаотический анализ параметров кар-дио-респираторной системы коренного и пришлого населения Югры

подходы в теоретической биологии и медицине на базе теории хаоса и синергетики // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2006. Т. 5. № 3. С. 617-622.

References

1.Anokhin PK. Kibernetika funktsional'nykh sis-tem. Moscow: Meditsina; 1998. Russian.

2.Bernshteyn NA. Biomekhanika i fiziologiya dvizheniy / Pod red. V. P. Zinchenko. M.: Izd-vo institu-ta prakt. psikhologii; Voronezh: NPO "MODEK"; 1997. Russian.

3. Gavrilenko TV, Es'kov VM, Khadartsev AA, Khimikova OI, Sokolova AA. Novye metody dlya geronto-logii v prognozakh dolgozhitel'stva korennogo naseleniya Yugry. Uspekhi gerontologii. 2014;27(1):30-6. Russian.

4.Es'kov VM. Avtomaticheskaya identifikatsiya differentsial'nykh uravneniy, modeliruyushchikh ney-ronnye seti. Izmeritel'naya tekhnika. 1994;3:52-7. Russian.

5.Es'kov VM, Filatova OE. Komp'yuternaya identi-fikatsiya ierarkhicheskikh kompartmentnykh neyronnykh setey. Izmeritel'naya tekhnika. 1994;8:27-30. Russian.

6.Es'kov VM, Khadartsev AA, Es'kov VV, Filatova OE. Osobennosti izmereniy i modelirovaniya biosis-tem v fazovykh prostranstvakh sostoyaniy. Izmeri-tel'naya tekhnika. 2010;12:53-7. Russian.

7.Es'kov VM, Khadartsev AA, Es'kov VV, Dzhu-magalieva LV. Nauka o zhivom i filosofiya zhivogo v interpretatsii V.I. Vernadskogo i sovremennoy teorii khaosa-samoorganizatsii kak osnova tret'ey paradigmy estestvoznaniya. V.I. Vernadskiy i noosfernaya paradigma razvitiya obshchestva, nauki, kul'tury, obrazova-niya i ekonomiki v XXI veke / Pod nauch. red. A.I. Sub-etto i V.A. Shamakhova. V 3-kh tomakh. Tom 2. SPb.: Asterion; 2013. Russian.

8.Es'kov VM, Es'kov VV, Gavrilenko TV, Zimin MI. Neopredelennost' v kvantovoy mekhanike i biofi-zike slozhnykh sistem. Vestnik Moskovskogo un-ta. Ser. 3. Fiz. Astron. 2014;5:41-6. Russian.

9.Churchland MM, Cunningham JP, Kaufman MT. Neural population dynamics during reaching. Nature. 2012;487:51-6.

10. Eskov VM. Models of hierarchical respiratory neuron networks. Neurocomputing, 1996;11(2-4):203-26.

11. Eskov VM. Computer technologies in stability measurements on stationary states in dynamic biological systems. Measurement Techniques. 2006;49(1):59-65.

12. Eskov VM, Filatova OE. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase spaces of states. Measurement Techniques (Medical and Biological Measurements). 2011;53(12):1404-10.

13. Eskov VM, Gavrilenko TV, Kozlova VV, Filatov MA. Measurement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystems. Measurement Techniques. 2012;55(9):1096-101.

14. Eskov VM. Evolution of the emergent properties of three types of societies: the basic law of human development. Emergence: Complexity & Organization. 2014;16(2):109-17.

15. Haken H. Principles of brain functioning: a synergetic approach to brain activity, behavior and cognition (Springer series in synergetics). Springer; 1995.

16. Mayr EW. What evolution is / Basic Books; New York; 2001. .

17. Prigogine I. The Die Is Not Cast. Futures. Bulletin of the Word Futures Studies Federation. 2000;25(4).17-9.

18. Prigogine I. The philosophiy of instability. Futures; 1989.

19. Taleb N. The black swan: the impact of the highly impropable. New York: Random House; 2007.

20. Weaver W. Science and Complexity. Rokfeller Foundation, New York City. American Scientist; 1948.

21. Es'kov VM, Zilov VG, Khadartsev AA. Novye podkhody v teoreticheskoy biologii i meditsine na baze teorii khaosa i sinergetiki. Sistemnyy ana-liz i upravlenie v biomeditsinskikh sistemakh. 2006;5(3):617-22. Russian.

УДК: 612.176 DOI: 10.12737/7261

СТОХАСТИЧЕСКИЙ И ХАОТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ

КОРЕННОГО И ПРИШЛОГО НАСЕЛЕНИЯ ЮГРЫ

О.И. ХИМИКОВА, А.А. СОКОЛОВА, С.Н. ВАТАМОВА, О.Е. ФИЛАТОВА, Г.Р. ГАРАЕВА

ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры», пр. Ленина, д.1, г.Сургут, Россия, 628412

Аннотация. Работа представляет различия между параметрами сердечно-сосудистой системы коренного и пришлого населения Югры. Проблема адаптации организма пришлого населения и его сравнения с представителями народа ханты, живущими длительно на этой территории веками, является важной проблемой в экологии человека. Дается ее решение в рамках нового подхода теории хаоса - самоорганизации. Выполнено сравнение параметров квазиаттракторов и традиционных стохастических параметров. Показана эффективность расчета матриц межаттракторных расстояний в оценке таких различий. Доказано, что хаотические параметры более вы-

ражено представляют особенности организма жителей Югры, чем традиционные стохастические параметры кардио-респираторной системы человека на Севере РФ.

Ключевые слова: кардиоинтервал, ханты, фазовое пространство состояний.

STOCHASTIC AND CHAOTIC PARAMETERS ANALYSIS OF THE CARDIO-RESPIRATORY SYSTEM IN THE INDIGENOUS AND NEWLY ARRIVED POPULATION OF THE UGRA

O.I. HIMIKOVA, A.A. SOKOLOVA, S.N. VATAMOVA, O.E. FILATOVA, G.R. GARAEVA Surgut State University, Lenina, 1, Surgut, Russia, 628412

Abstract. The current paper presents the difference in parameters of cardio-vascular system in the indigenous and newly arrived population of the UGRA. The problem of human body adaptation of newly arrived population compared with indigenous people (the Khanty) who have been living in Ugra for a long period of time is the main problem of human ecology. The solution of the problem is provided according to the theory of chaos - self-organization. The parameters of quas-iattractors and traditional stochastic parameters are compared. The effective calculation of matrixes of inter-quasi-attractor distances for estimation of such differences is shown.The authors have proved that chaotic parameters present peculiarities of human body in the Ugra population better than traditional stochastic parameters of cardio-respiratory system of a human living in the North.

Key words: cardio-interval, the Khanty, phase space of states.

Введение. Проблема сохранения здоровья населения на Севере, особенно в местах организации крупных промышленных комплексов с высоким уровнем загрязнения окружающей среды, крайне актуальна. Развитие современной экономики России и всего общества невозможно без освоения новых месторождений газа, нефти, полезных ископаемых.

Экстремальность той или иной климатической зоны зависит от многих факторов природной среды, и прежде всего от погодных условий. В этом отношении регионы Севера являются типичным примером природной экстремальной зоны [1]. Погодно-климатические условия высоких широт отличаются геогелиомагнитной активностью, своеобразием фотопериодичности, резкими и внезапными перепадами атмосферного давления и состава воздуха, отрицательным тепловым балансом, высокой относительной влажностью.

Здоровье человека на Севере является чутким барометром экологической ситуации. Дестабилизация адаптационных возможностей организма человека служит не только индикатором при оценке негативных последствий локального и глобального нарушения экологического равновесия, но и приводит к развитию вторичных иммунодефицитов [2-6]. В течение последних лет состояние здоровья не только пришлого, но и коренного, живущего в этих условиях длительно, вызывает озабоченность специалистов, занимающихся медицинским обеспечением населения промышленного Севера [4,5 9-11].

Цель исследовнаия - установить различия в показателях кардио-респираторной системы организма человека на примере коренного и пришлого населения территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились в группах населения г. Сургута и

населения с.п. Русскинская Сургутского района ХМАО-Югры в период 2010-2011 гг. с помощью прибора пульсоксиметр «Элокс - 01М» и скрининг-анализатора сердца «КардиовВизор - 06С» по 7-ми параметрам сердечно-сосудистой системы.

Всего было обследовано 192 человека и выполнено 5952 измерения. После предварительного отбора групп на отсутствие патологий и психических отклонений, а также по возрастным показателям, были сформированы 4-е группы обследуемых.

Группы наблюдения состояли из некоренных жителей Обского севера:

Гр. 1 - мужчины (всего 48 человек, средний возраст 35 лет);

Гр. 2 - женщины (всего 48 человек, средний возраст 41 год);

Группу сравнения составили представители коренного населения (ханты):

Группа 3 - мужчины (всего 48 человек, средний возраст составил 35 лет);

Группа 2 - женщины (всего 48 человек, средний возраст 36 лет).

Было проведено сравнение четырёх групп обследуемых по семи диагностическим признакам (функция миокарда, отклонение ритма, частота сердечных сокращений, тонус симпатического и парасимпатического отделов ВНС, индекс напряжённости по Баевскому Р.М. (ИНБ), пульс). Исследовались методы расчета параметров квазиаттракторов кардио-респираторной системы обследуемых, которые были ранее представлены и запатентованы [7-11].

Результаты и их обсуждение. Нами был проведен анализ электрокардиографических параметров сердечно-сосудистой системы (ССС). Результаты статистической обработки электрокардиографических параметров ССС до доверительного интервала

представлены в табл. 1. Из таблицы видно, что наибольший показатель функции миокарда наблюдается у женщин коренного населения (17,0±1,9%), а также у женщин пришлого (16,2±2,7%), причем у мужчин пришлых и коренных этот показатель несколько меньше (15,2±1,6% и 15,9±1,5% соответственно). При обобщённом сравнении без учёта пола зарегистрированы более высокие показатели функции миокарда в группе коренного населения (16,5±1,2%). По параметрам отклонения ритма и ЧСС доверительные интервалы перекрываются и полученные результаты теряют статистическую значимость при попытках идентификации их различий. Таким образом, попытка выявления этих различий, т.е. группы различаются не достоверно и методы математической статистики не продемонстрировали различий.

При регистрации электрической активности миокарда в покое были выявлены изменения ритма сердца в форме умеренной тахикардии у всех групп обследуемых. Так у пришлого населения в группе мужчин и женщин число лиц с умеренной тахикардией составило 15 и 16 соотвественно, а у групп коренного населения у мужчин - 7, у женщин - 12. Были зарегистрированы случаи преобладания умеренной брадикардии у женщин пришлого населения (числом 3) и в группе мужчин коренного населения (количеством 2) при отсутствии таких типов ритма у остальных групп испытуемых. Число лиц с выраженной брадикардией в группе мужчин пришлого населения составило 2, а у мужчин коренного населения - 1, на фоне отсутствия таковых наблюдений в группах женщин обеих популяций. Отсутствие переходных форм типов ритма у мужчин пришлого населения говорит о меньшем функциональном резерве сердечно-сосудистой системы. Однако по литературным данным, протекание патологичеких процессов у женщин происходит в более тяжёлой форме, что в данном исследовании подтверждается более высоким интегративным показателем функции миокарда у женщин обеих групп (16,2±2,7% и 17,0±1,9%).

Таблица 1

Результаты статической обработки электрокардиографических параметров сердечно-сосудистой системы у групп пришлого и коренного населения в зависимости от пола

Также был проведен статистический анализ па-

раметров ССС, полученных с помощью метода кар-диоинтервалографии, результаты которого представлены в табл. 2.

Можно видеть, что у женщин пришлого населения, по сравнению с женщинами коренного населения, наблюдается некоторое повышение показателя СИМ (8,8±2,2 у.е. и 5,8±1,8 у.е. соответственно) и одновременное значительное повышение показателя ИНБ (110,0±32,5 у.е. и 71,4±25,1 у.е.). Такая же динамика наблюдается и у мужчин пришлого населения по сравнению с мужчинами коренного (6,1±1,3 у.е. и 5,0±1,7 у.е. соответственно).

Таблица 2

Результаты статической обработки параметров ССС методом кардиоинтервалографии у групп пришлого и коренного населения в зависимости от пола

СИМ ПАР ИНБ Пульс,

Мужчины пришлые 6,1±1,3 11,6±3,4 76,6±19,5 81,3±3,4

Женщины пришлые 8,8±2,2 9,9±4 110,0±32,5 81,9±3,6

Мужчины коренные 5,0±1,7 12,5±1,5 63,2±28,1 78,6±4,9

Женщины коренные 5,8±1,8 10,2±1,1 71,4±25,1 79,0±2,9

Примечание: СИМ - показатель активности симпатического отдела вегетативной нервной системы; ПАР - показатель активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы; Пульс - частота сердечных сокращений; ИНБ - индекс Баевского Р.М. (у.е.). p<0,001

При общем сравнении пришлого и коренного населения выявлены более высокие значения ИНБ и тонуса симпатического отдела ВНС у представителей некоренного населения (ИНБ - 93,3±19,1 у.е., СИМ -7,4±1,2 у.е.) в сравнении с коренным населением (ИНБ - 67,3±18,8 у.е., СИМ - 5,39±1,2 у.е.). Это свидетельствует об активных процессах адаптации к экологическим факторам Обского севера, происходящих в популяции пришлого населения. Различия по показателям ПАР статистически недостоверны, что свидетельствует об одинаковом (и повышенном) значении ПАР во всех группах населения. Среднее значение пульса несколько выше в группе пришлого населения (81,6±2,4 уд/мин).

В рамках теории хаоса и синергетики с использованием запатентованных компьютерных методов и программ [2,3] был выполнен анализ динамики поведения вектора состояния организма человека. Анализ параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека - ВСОЧ проводился с помощью программы «Identity» [4].

С помощью методов теории хаоса и синергетики рассчитывались объёмы квазиаттракторов и коэффициент асимметрии по параметрам КРС для испытуемых групп пришлых и коренных жителей Югры.

Анализ параметров квазиаттракторов ВСОЧ ис-

Функция миокарда

Мужчины пришлые 15,2±1,6 26,2±7,9 78,4±4,9

Женщины пришлые 16,2±2,7 26,7±6,9 76,0±3,8

Мужчины коренные 15,9±1,5 31,1±6,9 75,2±5,0

Женщины коренные 17,0±1,9 25,9±6,4 78±3,7

пытуемых пришлого и коренного населения показал, что общий объем гиперпараллелепипеда, ограничивающего аттрактор ВСОЧ представителей пришлого населения равен 252068,0 и превышает таковой коренного почти в два раза (Ух=132860,0). Общий показатель ассиметрии (гх) для пришлого (гх =21,59) выше такового у коренного (гх=12,13) в 1,5 раза. Такое количественное различие также характеризует более выраженную хаотичность в динамике поведения ВСОЧ пришлого населения.

В настоящем исследовании выполнен расчёт матриц межаттракторных расстояний [5] в гипотезе равномерного и неравномерного распределений (табл. 3-6). В первом блоке исследований при построении матрицы расстояний в гипотезе неравномерного распределения существенных различий между группами не выявлено.

Таблица 3

Матрица Zchaos расстояний между хаотическими центрами

Коренные

Мужчины группа 3 Женщины группа 4

Пришлые Мужчины группа 1 11,15 13,4

Женщины группа 2 12,0 12,5

Таблица 4

Матрица Zs расстояний между статистическими центрами

Коренные

Мужчины группа 3 Женщины группа 4

Пришлые Мужчины группа 1 5,9 1,9

Женщины группа 2 4,5 2,2

Однако, использование гипотезы равномерного распределения даёт более существенные различия между группами 1 и 3 (расстояние 5,9) при сравнении групп 2 и 4 (2,2). Ещё большие различия получены при расчёте матриц расстояний во втором блоке исследований. В обеих гипотезах выявлены различия между группами мужчин и женщин без учёта стажа пребывание на Севере. Так квазиаттракторы групп 1 и 3 отстоят от КА групп 2 и 4 более чем в 3 раза.

При этом различия в гипотезе неравномерного распределения отличаются от таковых при равномерном; более выраженные отличия отмечены между группами 1 и 3 в первом случае, когда во втором различия между группами 1 и 3 минимальны. В итоге применение данного метода показаны определённые отличия между группами пришлого населения и группами коренных жителей Югры.

Литература

1. Агаджанян Н.А., Жвавый Н.Ф., Афанасьев В.Н. Адаптация человека к условиям Крайнего Севе-

ра: эколого-физиологические механизмы. М.: КРУК, 1998. 234 с.

2. Гавриленко Т.В., Дегтярев Д.А., Еськов В.В., Гудков А.В., Химикова О.И. Особенности хаотической динамики кардиоритма у представителей народа ханты в аспекте прогноза долгожительства // Вестник новых медицинских технологий. Электронный журнал.

2013. № 1. Публикаация 2-81. URL: http://www.medtsu. tula.ru/VNMT/Bulletin/E2013-1/4483.pdf (дата обращения 12.07.2013).

3. Газя Г.В., Добрынин Ю.В., Соколова А.А., Химикова О.И. Матрицы межаттракторных расстояний параметров физиологических функций коренного населения ханты // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 12. С. 26-28.

4. Сравнительный анализ стохастических и хаотических матриц квазиаттракторов поведения вектора состояния организма коренного и пришлого населения Югры / Еськов В.М., Газя Г.В., Соколова А.А. [и др.] // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2012. Т. 11. №3. С. 586-591.

5. Еськов В.М., Буров И.В., Филатова О.Е., Ха-дарцев А.А. Основы биоинформационного анализа динамики микрохаотического поведения биосистем // Вестник новых медицинских технологий. 2012. Т.19. №1. С. 15-18.

6. Еськов В.М., Хадарцев А.А., Гудков А.В., Гуд-кова С.А., Сологуб Л.А. Философско-биофизическая интерпретация жизни в рамках третьей парадигмы // Вестник новых медицинских технологий. 2012. Т.19. №1. С. 38-41.

7. Eskov V.M. Computer technologies in stability measurements on stationary states in dynamic biological systems // Measurement Techniques. 2006. V. 49. N. 1. P. 59-65.

8. Eskov V.M., Filatova O.E. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase spaces of states // Measurement Techniques (Medical and Biological Measurements). 2011. V. 53. N 12. P. 1404-1410.

9. Eskov V.M., Gavrilenko T. V., Kozlova V. V., Filatov M.A. Measurement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystems // Measurement Techniques. 2012. V. 55. N 9. P. 1096-1101.

10. Eskov V.M. Models of hierarchical respiratory neuron networks // Neurocomputing. 1996. V. 11. N 2-4. P. 203-226.

11. Eskov V.M. Evolution of the emergent properties of three types of societies: the basic law of human development // Emergence: Complexity & Organization.

2014. V. 16 (2). P. 109-117.

References

1. Agadzhanyan NA, Zhvavyy NF, Afanas'ev VN. Adaptatsiya cheloveka k usloviyam Kraynego Severa: ekologo-fiziologicheskie mekhanizmy. Moscow: KRUK; 1998. Russian.

2. Gavrilenko TV, Degtyarev DA, Es'kov VV, Gudkov AV, Khimikova OI. Osobennosti khaoticheskoy dinamiki kardioritma u predstaviteley naroda khanty v aspekte prognoza dolgozhitel'stva [The specifity of cardio-rhythm chaotic dynamics of khanty-people with longlife prognosis problem]. Vestnik novykh me-ditsinskikh tekhnologiy. Elektronnyy zhurnal [Internet]. 2013 [cited 2013 jul 12];1:[about 3 p.]. Russian. Available from: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2013-1/4483.pdf.

3. Gazya GV, Dobrynin YuV, Sokolova AA, Khimikova OI. Matritsy mezhattraktornykh rasstoyaniy parametrov fiziologicheskikh funktsiy korennogo nase-leniya khanty. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2010;12:26-8. Russian.

4. Es'kov VM, Gazya GV, Sokolova AA, et al. Sravnitel'nyy analiz stokhasticheskikh i khaoticheskikh matrits kvaziattraktorov povedeniya vektora sostoya-niya organizma korennogo i prishlogo naseleniya Yu-gry. Sistemnyy analiz i upravlenie v biomeditsinskikh sistemakh. 2012;11(3):586-91. Russian.

5. Es'kov VM, Burov IV, Filatova OE, Khadart-sev AA. Osnovy bioinformatsionnogo analiza dinamiki mikrokhaoticheskogo povedeniya biosistem [The basis of bioinformational analysis of biosystems' microchaotic

behavior dynamics]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2012;19(1):15-8. Russian.

6. Es'kov VM, Khadartsev AA, Gudkov AV, Gudkova SA, Sologub LA. Filosofsko-biofizicheskaya interpretatsiya zhizni v ramkakh tret'ey paradigmy [Philosophical and biophysical interpretation of life within the framework of third paradigm]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2012;19(1):38-41. Russian.

7. Eskov VM. Computer technologies in stability measurements on stationary states in dynamic biological systems. Measurement Techniques. 2006;49(1):59-65.

8. Eskov VM, Filatova OE. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase spaces of states. Measurement Techniques (Medical and Biological Measurements). 2011;53(12):1404-10.

9. Eskov VM, Gavrilenko TV, Kozlova VV, Filatov MA. Measurement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystemsyu Measurement Techniques. 2012;55(9):1096-101.

10. Eskov VM. Models of hierarchical respiratory neuron networks. Neurocomputing. 1996;11(2-4):203-26.

11. Eskov VM. Evolution of the emergent properties of three types of societies: the basic law of human development. Emergence: Complexity & Organization. 2014;16(2):109-17.

УДК: 57.043 DOI: 10.12737/7262

СТОХАСТИЧЕСКАЯ И ХАОТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ИСПЫТУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ДОЗИРОВАННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Ю.В. БАШКАТОВА*, И.Ю. ДОБРЫНИНА*, Н.П. ГОРЛЕНКО*, А.В. ЕЛЬНИКОВ*, К.А. ХАДАРЦЕВА**,

Н.А. ФУДИН**

*ГБОУ ВПО « Сургутский государственный университет Ханты -Мансийского автономного округа - Югры», проспект Ленина, 1, г. Сургут, Россия, Тел.: +79224078761, e-mail: yuliya-bashkatova@yandex.ru **ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», пр-т Ленина, 92, г. Тула, Россия, 300012

Аннотация. Сравнительный анализ результативности применения новых биоинформационных методов показал, что в отличие от методов традиционного статистического анализа на базе детерминистско-стохастического подхода использование биоинформационных методов дает более высокую чувствительность в идентификации параметров порядка (главных диагностических признаков) изучаемых функциональных систем организма. Были изучены параметры сердечно-сосудистой системы у нетренированных и тренированных испытуемых с позиции теории хаоса и самоорганизации. Установлено существенное различие между двумя исследуемыми группами (тренированных и нетренированных студентов). Дозированная физическая нагрузка выявила тенденцию к увеличению площади и объемов квазиаттракторов вектора состояния организма у нетренированных испытуемых в 1,5 раза и также на 6% у тренированных испытуемых. Физическая нагрузка стабилизирует параметры сердечно-сосудистой системы тренированных студентов и является первым маркером степени детрени-рованности молодых жителей Югры. Методами статистики затруднительно установить наличие существенных различий в параметрах функциональных систем организма между группами тренированных и нетренированных студентов, различия часто получаются статистически недостоверными.

Ключевые слова: квазиаттрактор, сердечно-сосудистая система, многомерные фазовые пространства, дозированная физическая нагрузка.