Биоинформационный анализ хаотической динамики климатоэкологических факторов и их влияние на здоровье населения Югры Русак, Светлана Николаевна

Введение к работе

Актуальность работы. Проблема изучения вклада климатоэкологических особенностей территорий в формирование условий среды обитания, ее комфортности, адаптационных возможностей организма человека и его здоровья в целом, является весьма актуальной уже несколько последних десятилетий для северных территорий Российской Федерации (РФ) в связи с нарастающим миграционным потоком. О влиянии погодно-климатических факторов и условий на организм человека, а также на возникновение и течение различных заболеваний свидетельствуют разнообразные изменения клинических, функциональных и лабораторных показателей функциональных систем организма (ФСО) человека. Высокая миграционная подвижность населения, постоянные трансширотные и трансмеридианные перемещения современного человека, резкие смены погодных условий в течение суток, сезона года оказывают негативное влияние на ФСО мигрантов, обуславливают увеличение напряженности адаптационных механизмов, приводят к росту заболеваемости населения и существенно повышают биосоциальную стоимость адаптации к погодно-климатическим условиям Севера.

Уровень здоровья любой популяции имеет региональную специфику, которая обусловлена особенностями взаимоотношения человека и среды. Негативные климатоэкологические факторы среды, воздействуя на организм с рождения и раннего детства, несут в себе риск возникновения заболеваний или нарушений на всех этапах онтогенетического развития организма. Это наиболее ярко проявляется в северных регионах, являющихся типичным примером природной экстремальной зоны, способной вызвать экопатологические состояния у жителей этих территорий – изменения, происходящие в организме от слабо выраженных и не имеющих отчетливой клинической симптоматики до тяжелых заболеваний (Авцын, 1972-1985; Веденеева, Сороко, 1999-2005; Максимов и др., 2005). Своеобразие климатических условий Севера в сочетании со сложнейшими антропогенными факторами предъявляет повышенные требования к деятельности всех функциональных систем организма (Агаджанян Н.А., 2006; Еськов В.М., 2007-2012; Хаснулин В.И., 2008-2013; Корчина Т.Я., Корчин В.И., 2009). Проблема сохранения здоровья человека на Севере, особенно в местах организации таких крупных промышленных комплексов, как Ханты-Мансийский автономный округ – Югра (ХМАО – Югра), крайне актуальна (Карпин В.А., 2003-2012, Филатова О.Е., 2002-2013, Хадарцева К.А., 2002-2008; В.П. Зуевский, 2001).

В решении вопросов медико-экологических проблем в настоящее время основополагающее значение придается оценке степени опасности факторов окружающей среды, что приводит к ухудшению условий жизнедеятельности, повышению заболеваемости и смертности (В.И. Хаснулин, 1998-2013, Г.С. Козупица и соавт., 2007).

В последнее время все чаще используют научную концепцию сочетанного (синергетического) учета негативного воздействия природных и техногенных факторов, что создает концептуальные трудности в установлении определенных стандартов качества окружающей среды. В работах многих ученых говорится о целесообразности использования методов теории хаоса и синергетики (ТХС) в описании не только технических или природных систем, но также в описании различных биологических динамических системах (БДС) на молекулярном, клеточном, субклеточном, органном уровне и уровне систем органов, ФСО человека и популяционном уровне в терминах компартментов и кластеров, русел и параметров порядка, областей джокеров и самих джокеров (Г.Г. Малинецкий, С.П. Курдюмов, 1992-2006 гг., В.М. Еськов, О.Е. Филатова, А.А. Хадарцев, 1994-2013 гг.).

Развитие синергетики и теории неравновесных систем связано с новым пониманием влияния экологических факторов среды на динамику показателей ФСО человека. Особенно это касается населения, проживающего в условиях северных территорий РФ, поскольку динамика экологических факторов урбанизированных экосистем Севера часто носит ярко выраженный хаотический режим. Сейчас становится все более очевидным, что, например, показатели метеопараметров (температура – T, давление – P и влажность – R воздуха) погодных условий неубедительно представлять в рамках традиционного стохастического подхода, т.е. описывать их методами теории вероятности и математической статистики. Динамика значений параметров порядка БДС, например, ФСО, может носить хаотичный характер именно из-за хаотического характера действия перечисленных выше метеофакторов среды обитания (P, T, R). Поэтому создание методов и эффективных программ для ЭВМ по идентификации параметров порядка БДС является актуальной и необходимой задачей. Именно в связи с важностью решения этой проблемы, нами разработаны как новые методы исследования, так и методы обработки получаемой информации с помощью различных математических моделей на базе метода многомерных фазовых пространств.

Цель исследования: методом многомерных фазовых пространств на основе расчета параметров квазиаттракторов и построения матриц межаттракторных расстояний, установить закономерности влияния хаотической динамики климатоэкологических факторов Югры на показатели здоровья населения.

Данная цель определила постановку и решение следующих задач:

1. Разработать методы и программы для ЭВМ по оценке параметров квазиаттракторов поведения вектора климатоэкологических факторов среды в фазовом пространстве состояний.

2. Выявить основные тенденции региональных климатоэкологических изменений путем их оценки с позиций традиционных методов: математической статистики, оценочно-бальных характеристик типизации и санитарно-гигиенических индексов и критериев климатоэкологических факторов на примере ХМАО –Югры.

3. Методом многомерных фазовых пространств установить особенности динамики поведения климатоэкологических факторов в условиях северной территории (г. Сургут), степень детерминированности и хаотичности в движении вектора данной динамической системы и определить параметры порядка.

4. С помощью матриц межаттракторных расстояний выявить и установить особенности (закономерности) динамики поведения временного тренда климатоэкологических факторов, как показателей динамической системы, на примере сравнения разных климатогеографических территорий – северной территории (центральная часть ХМАО - Югры, г. Сургут) и средней полосы РФ (г. Самара).

5. Выявить взаимосвязь и оценить влияние хаотической динамики погодно-климатических изменений на показатели климаточувствительных заболеваний взрослого населения на примере жителей г. Сургута и на этой основе выявить наиболее информативные климатоэкологические факторы риска (параметры порядка).

6. Изучить особенности динамики параметров вегетативного статуса детей (школьники младшего звена в зимний период) в условиях Северо-Западной Сибири (г. Сургут) и поведение вектора состояния их организма с позиций метода многомерных фазовых пространств, оценить влияние климатоэкологических факторов на организм детей.

Научная новизна работы:

1. Впервые выполнена оценка с позиции теории хаоса и синергетики хаотической динамики климатоэкологических факторов урбанизированной территории Севера РФ на примере г. Сургута и Сургутского района Ханты-Мансийского автономного округа – Югры.

2. Выполнена количественная оценка взаимосвязи климатоэкологических факторов с показателями здоровья населения г. Сургута и на этой основе впервые выявлены наиболее информативные составляющие абиотических факторов среды в долговременной динамике.

3. Доказана эффективность метода фазового пространства состояний с позиций теории хаоса и самоорганизации в оценке вклада климатоэкологических факторов урбанизированной территории Севера РФ на параметры хаотического поведения динамических систем и вектора состояния организма человека.

4. Методом многомерных фазовых пространств на примере разного возрастного контингента населения установлен характер связей между показателями заболеваемости населения климатоэкологическими нозологиями в условиях проживания в ХМАО - Югре.

5. В условиях контрастных погодно-климатических факторов северной территории на примере Югры впервые установлены закономерности изменения параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека.

6. С позиций компарментно-кластерного подхода разработаны новые математические критерии для оценки влияния климатоэкологических факторов на параметры вектора состояния организма человека.

7. Предложен новый метод идентификации по матрицам межаттракторных расстояний наличия маркеров степени детерминированности и хаотичности биологических динамических систем в динамике поведения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Разработан новый метод и программы для ЭВМ для исследования пространственных структур (квазиаттракторов), образованных биологической динамической системой, координатами которой могут являться как показатели абиотических факторов среды, так и функциональные системы организма человека.

2. Разработаны, запатентованы и внедрены в практику алгоритмы и программные продукты для анализа климатоэкологических показателей, которые позволяют производить адекватную оценку динамики климатоэкологических факторов, а также параметров функциональных систем организма испытуемых разных возрастных групп в условиях климатоэкологических нагрузок в зависимости от сезонов года.

3. Обоснованы и разработаны критерии оценки различий между стохастической и хаотической динамикой параметров климатоэкологических факторов окружающей среды северной территории на примере г. Сургута.

4. Разработанные алгоритмы и компьютерные программы позволяют идентифицировать параметры функциональных систем организма человека в различных климатоэкологических условиях, что обеспечивает их идентификацию и количественную классификацию.

5. Разработанные системные методы оценки показателей динамических систем погодно-климатических условий и их влияние на здоровье человека позволяют внедрять их в практику работы органов государственного управления при решении медико-экологических проблем качества жизни на северных территориях, возникновения климатоэкологически обусловленных болезней и сохранения здоровья населения в целом; в практику работы органов управления образованием для оценки динамики процессов утомления у учащихся в течение учебного года и выбора оптимальной траектории учебных нагрузок.

6. Изучены региональные биоклиматические характеристики среды, включая уровень дискомфортности и изменчивости климата, определяющие состояние и уровень здоровья населения и являющиеся факторами риска в возникновении климаточувствительных и экологически обусловленных заболеваний.

7. В качестве индикатора влияния климатоэкологических факторов и условий жизни на показатели вегетативного статуса человека можно эффективно использовать матрицы межаттракторных расстояний.

Работа выполнена в рамках: плана научных исследований лаборатории функциональных систем организма при научно-исследовательском институте биофизики и медицинской кибернетики и темой НИОКР «Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере РФ методами многомерных фазовых пространств состояний» (№ 01200965147); госбюджетной темы СурГУ «Изучение природных и урбанизированных систем Западной Сибири» (ВНТИЦ рег. № 0120.0504249); координационного плана РАН по проблемам биофизики (регистрационный номер 2-28.3.3.3. «Регулирование систем с большим числом степеней свободы») и темой НИОКР «Биофизика сложных систем. Разработка теории и методов идентификации сложных биосистем в рамках общей теории иерархических систем» (Гос. № ВН ГИЦ 01.20.0008664).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработаны математические методы оценки влияния климатоэкологических факторов на поведение вектора состояния биологической динамической системы в фазовом пространстве состояний в рамках теории хаоса и синергетики, позволяющие выделять значимые параметры порядка, определяющие траекторию и характер изменения этих факторов и самой системы в целом.

2. Хаотическая динамика климатоэкологических факторов может существенно изменять значения параметров порядка динамической системы погодно-климатических условий, что следует учитывать при ранжировании признаков и выборе наиболее важных из них в оценке степени влияния на организм человека и его здоровье.

3. Высокие климатоэкологические контрасты территории северного региона и хаотический режим их динамики оказывают существенное влияние на уровень и характер заболеваемости населения – наблюдается ускоренное развитие климаточувствительных и экологически обусловленных патологий.

4. Используя параметры квазиаттракторов и матриц межаттракторных расстояний вектора состояния организма человека в условиях климатоэкологических нагрузок, можно оценивать степень риска в возникновении климаточувствительных и экологически обусловленных заболеваний у жителей Югры.

5. Установлена связь между контрастным режимом погодно-климатических условий и поллютантами атмосферы урбанизированной северной территории Югры и риском развития ранней патологии у детского населения.

6. Матрицы межаттракторных расстояний можно эффективно использовать в качестве индикатора влияния климатоэкологических факторов на состояние здоровья жителей Югры и других регионов России.

Декларация личного участия автора заключается в получении первичных данных экологического мониторинга состояния окружающей природной среды за 1997-2012 гг., в обработке данных, включая архивные за период 1991-1994 гг.; в мониторинге показателей сердечнососудистой системы разных возрастных групп испытуемых; в анализе современного состояния проблемы; с непосредственным участием автора разработаны методы оценки параметров квазиаттракторов, на базе которых автором установлен характер динамики климатоэкологических показателей северной территории и параметров сердечнососудистой системы человека в многомерном фазовом пространстве; в построении моделей. Автором самостоятельно осуществлена статистическая обработка материалов, их интерпретация и анализ данных. В диссертационной работе использованы результаты исследований, выполненных и опубликованных в соавторстве с долей личного участия автора 75-80%.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: на кафедральных семинарах и в НИИ Биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском государственном университете; на Всероссийской научно-практической конференции «Социокультурная динамика Ханты-Мансийского автономного округа сегодня и в перспективе XXI века» (Сургут, 1998); на I-ой Всероссийской конференции «Исследования эколого-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивости развития нефтегазовых регионов: Теория, методы и практика» (Нижневартовск, 2000); на Всероссийской научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2000); на IV-ой Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях» (Тюмень, 2001); на научно-практической конференции «Экологические проблемы и здоровье населения на Севере», (Сургут, 2004); на Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4», (Тольятти, 2008); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения профессора М.В. Сергиевского, (Самара, 2008); Международной конференции «Проблемы экологии», (Иркутск, 2010); на IX-ой Международной научно-технической конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем», (Тольятти, 2011); VI-ой научной конференции «Системный анализ в медицине», (Благовещенск, 2012); Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения», (Пермь, 2012); на Всероссийской научно-практической конференции с Международным участием «Современные вопросы оценки и управления профессиональными рисками в производстве алюминия», (Екатеринбург, 2012 г.); на XXV-ой Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь», (Пенза, 2013); на III-й Международной научной конференции «Биомедицинские науки и третья парадигма» «The second international science conference «Biomedical science and third paradigm» (Египет, Хургада, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 работ, в том числе: 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 4 учебно-методических пособия, 2 монографии (в соавторстве), 1 депонированная рукопись, 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для соискания ученой степени доктора биологических наук и 30 статей в различных научных журналах, материалах отечественных и международных конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа содержит 288 страниц машинописного текста. Она выполнена в традиционном стиле и состоит из введения, главы по анализу современного состояния проблемы, главы описания объектов и методов (в том числе авторских) исследования, четырех оригинальных глав, содержащих результаты собственных наблюдений, заключения, выводов, списка литературы. Работа содержит 25 рисунков и 22 таблицы. Список используемой литературы включает в себя 295 источников, в том числе 76 на иностранном языке.

Объектом исследования являлась динамика погодно-климатических условий и состояние качества атмосферного воздуха за 1991-2010 гг. урбанизированной северной территории на примере г. Сургута в аспекте оценки характера и степени влияния климатоэкологических факторов на жизнедеятельность человека – здоровье взрослого и детского контингента населения, проживающего в условиях высоких погодно-климатических контрастов северной территории РФ.

Информационной основой исследования послужили аналитические материалы наблюдений за состоянием окружающей среды, полученные в период 1991-2010 гг. на территории г. Сургута (в рамках единой сети наблюдений Росгидромета для целей мониторинга состояния и загрязнения окружающей природной среды).

Дизайн исследования включал 4 блока.

В первом блоке представлена оценка погодно-климатических показателей территории г. Сургута за 1991-2010 гг. и их динамика с позиций двух методов: традиционных методов и математической статистики – типизации климатических условий и их контрастов, дифференциации зимних условий по их «жесткости» (И.М. Осокин, 1992 г.) с расчетом комплексных показателей суровости климатических условий и ранжирование погодных условий по частоте повторяемости (N %) разных типов погод; вычисление комплексного показателя изменчивости (КПИ) погодных условий (В.А. Матюхин, 1971, 1992 г.) путем сравнения величины межсуточной изменчивости фактора с его средневзвешенным значением анализируемого ряда с последующим ранжированием показателя КПИ по частоте повторяемости (N%) разных типов погод. Второй метод посвящен исследованию динамики метеопараметров (в нашем случае P, – атмосферное давление, T,K – температура и R,% – относительная влажность) в рамках фазового пространства состояний (ФПС) и методами теории хаоса и синергетики (ТХС), т.к. поведение природных хаотических систем протекает в рамках квазиаттракторов состояний. В качестве системы рассматривалась модель 3–мерного фазового пространства: параллелепипед, внутри которого находится квазиаттрактор поведения параметров метеорологических показателей среды. В рамках ТХС нами идентифицировались параметры, которые существенно отличались как в годовой, так и сезонной динамике погодно-климатических показателей и демонстрировали хаотический режим поведения. Особенности различий в динамике поведения климатоэкологических факторов, как показателей динамической системы, произведено на примере сравнения разных климатогеографических зон: г. Сургут (центральная часть ХМАО - Югры), п. Нижнесортымский (северо-западная часть ХМАО - Югры) – северные территории РФ, и территория г. Самары, как представитель средней полосы РФ, благоприятно отличная территория от районов Севера.

Второй блок посвящен анализу состояния качества атмосферного воздуха в динамике 1991-2010 гг. с использованием двух методов. Первый метод – метод оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха с позиций санитарно-гигиенического подхода – использование нормированных величин, оценки риска от аэрогенного загрязнения, получившей в последние годы широкое распространение в качестве инструмента оценки воздействия окружающей среды на здоровье населения (С.Л. Авалиани, Г.Г. Онищенко, И.В. Брагина, А.Л. Мишина, Т.Н. Унгуряну и др., 2004, 2012). И второй метод – с позиций ТХС в оценке параметров состояния качества атмосферного воздуха методом ФПС в m-мерном пространстве признаков и выявлении существенных параметров порядка.

Третий блок представлен исследованиями состояния вегетативного статуса и ее динамики (параметры сердечнососудистой системы человека) по результатам мониторингового обследования детского контингента (МБОУ средняя образовательная школа № 10 г. Сургута) 7-12 лет, с учетом пола в зимний период 2012 и 2013 года. Всего обследовано 693 учащихся (мальчиков и девочек) с 1-го по 5-й класс (в 2012 году обследовано 371 человек, в 2013 году 322 человека). Показатели вегетативной нервной систем (ВНС) изучались с помощью метода вариационной пульсометрии с выполнением анализа вариабельности сердечного ритма во временном и амплитудно-частотном аспекте, что позволило характеризовать особенности функционирования ВНС школьников с учетом условий учебной и региональной среды. Выбор данного метода связан с тем, что ритм сердечных сокращений является наиболее доступным для регистрации физиологическим параметром, отражающим процессы вегетативной регуляции сердечнососудистой системы и организме в целом. Динамические характеристики ритма сердечных сокращений позволили оценить выраженность сдвигов симпатической и парасимпатической активности ВНС в группах испытуемых, отличающихся по полу и возрасту в условиях зимнего сезона в северном регионе.

Обследование учащихся производилось неинвазивными методами и соответствовало этическим нормам Хельсинской декларации (2000 г.). Работа выполнялась в рамках плана научных исследований лаборатории «Функциональные системы организма человека на Севере» при научно-исследовательском институте биофизики и медицинской кибернетики и темой НИОКР «Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере РФ методами многомерных фазовых пространств состояний» (№ 01200965147). Критерии включения: возраст учащихся 7-12 лет; отсутствие жалоб на состояние здоровья в период проведения обследований; наличие информированного согласия на участие в исследовании. Критерии исключения: болезнь учащегося в период обследования.

Исследование параметров движения вектора х=х(t)=(x₁,x₂,…,x_m)^T состояния организма детей в фазовом пространстве состояний производилось также в рамках двух методов – традиционной статистики и ТХС. В рамках ТХС идентифицировались параметры квазиаттракторов состояния организма детей, которые существенно отличались в динамике сезонов года у учащихся разных возрастных групп.

Для идентификации компонент x_i в исследованиях применялся пульсоксиметр «ЭЛОКС-01С2», разработанный и изготовленный ЗАО ИМЦ Новые Приборы, г. Самара (Калакутский Л.И., Еськов В.М., 2003-2010 гг). Прибор снабжен программным продуктом «ELOGRAPH», который в автоматическом режиме отображает изменение ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограммы распределения длительности кардиоинтервалов. Выполнена некоторая модификация программы в отношении усреднения показателей активности симпатического и парасимпатического отделов ВНС, что обеспечивало представление процессов на фазовой плоскости или в m-мерном фазовом пространстве в виде динамики хаотических процессов.

Использование данной методики и аппаратуры для исследования показателей пульсоинтервалографии производилось в положении испытуемого сидя в относительно комфортных условиях. С целью исключения артефактов и нивелировки влияния отрицательных обратных связей на съем информации, регистрировался пятиминутный интервал измерений кардиоинтервалов (КИ), т.е. N_КИ 500. Таким образом, были получены массивы данных, характеризующие процессы управления основными жизненными функциями детского организма в климатоэкологических условиях среды обитания.

Расчет параметров квазиаттракторов производился по программам для ЭВМ, зарегистрированным в Федеральном агентстве по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (свидетельства № 2006613212 и № 2010108496). Алгоритм выполнения процедуры основывался на следующих шагах: исходно в программу расчета на ЭВМ поочередно вводили исходные компоненты ВСОЧ в виде матриц А биосистемы по каждому из k кластеров (всего таких матриц P). Данные вводились вручную либо из текстового файла; получали матрицу состояний для всех кластеров в – мерном фазовом пространстве, причем – бегущий индекс компонента вектора (), a – номер биообъекта (испытуемого) (), бегущий индекс кластера k определяет число массивов (групп испытуемых) данных (), т.е. элемент такой (А) матрицы представляет-й кластер биосистем, -й компонент ВСОЧ для -го испытуемого. Далее, производился поочередный расчет координат граней параллелепипеда объемом V_G, внутри которого находился квазиаттрактор движения ВСОЧ для всех-х исследуемых () из -го кластера (); их длинны , и объема k-го параллелепипеда , где координаты крайних точек, совпадающих с нижней и верхней (левой и правой) границей области ФПС, внутри которой движется ВСОЧ по координате x_i. В итоге ЭВМ рассчитывала весь вектор объемов квазиаттракторов (General Value) , ограничивающих все квазиаттракторов, а также показатели асимметрии (Asymmetry) стохастического и хаотического центров квазиаттракторов для каждого k-го массива данных .

Отметим, что – формула для идентификации стохастического центра квазиаттрактора, который находился путем вычисления среднего арифметического одноименных (по номеру кластера - массива k и координате ФПС) координат точек (i-й номер обследуемого учащегося), представляющих проекции конца вектора состояния БДС на каждую из координатных осей i. Мы определили, что для любых кластеров – формула для идентификации хаотического центра квазиаттракторов,- ширина фазовой области k-го квазиаттрактора, для k-го массива данных, в проекции на i-ую координату, т.е. ширина грани m-мерного параллелепипеда.

Затем вводили параметр R, показывающий степень изменения объема квазиаттракторов для -го кластера данных до и после уменьшения размерности фазового пространства. В исходном приближении вычисляем .

После исключения поочередно каждой из координат вектора (например, для двухкластерных систем) вычисляются вторые приближения параметров . Таким образом, получали вектор , т.е. вектор значений, по которым можно определить уменьшилась или увеличилась относительная величина квазиаттракторов V_G при изменении размерности фазового пространства. При уменьшении относительных размеров V, анализируются параметры системы и на основе их неизменности или малой изменчивости производилось заключение о существенной (если параметры существенно меняются) или несущественной (параметры почти неизменны) значимости конкретного, каждого x_i компонента ВСОЧ для всего вектора, т.е. для -го испытуемых из k-го массива данных.

Указанные показатели рассчитывались на ЭВМ. Определялись все интервалы изменения по 5-ти координатам, показатели асимметрии R_x, у.е., а также рассчитывался общий объем m-мерного параллелепипеда V, у.е. (General value), ограничивающего квазиаттрактор ВСОЧ. Были получены таблицы данных, представляющие размеры x_і и показателя асимметрии R_x для каждой координаты х_і и объемы параллелепипедов V_x . Метод расчета матриц межаттракторных расстояний заключался в том, что анализ параметров ССС (СИМ, ПАР, ИНБ, SPO₂, ЧСС) проводили в отношении нескольких групп испытуемых, находящихся в приблизительно одинаковых условиях, сходных физиологическому по состоянию организма, регистрировали параметры функций организма каждого человека. Эти параметры ФСО образовывали наборы (компартменты) диагностических признаков в пределах одной фазовой координаты x_i – из набора всех координат m-мерного фазового пространства с одинаковыми диагностическими характеристиками,_, а каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма данного человека задавался точкой в этом фазовом пространстве состояний так, что группа испытуемых образовывала некоторое “облако” (квазиаттрактор) в фазовом пространстве состояний. При этом разные группы обследуемых из-за разных воздействий на них образовывали разные “облака” – квазиаттракторы в ФПС и расстояния – ( и – номера групп обследуемых) между хаотическими или стохастическими центрами этих разных квазиаттракторов формировали матрицу . Эта матрица задает все возможные расстояния между хаотическими или стохастическими центрами квазиаттракторов, описывающих состояние разных групп обследуемых с учетом, например, до и после влияния физической нагрузки (для разных видов спорта с учетом пола и возраста испытуемых) и характера воздействия (нумеруются по вертикали, например, в расчетной матрице ). Полученные расстояния между центрами -го и-го хаотического (или стохастического) квазиаттракторов количественно представляют степень близости (или, наоборот, удаленности) этих 2-х сравниваемых квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний, что является интегративной мерой оценки состояния CCС организма человека, находящегося в различных экологических условиях, или в разных возрастно-половых группах, или с учетом других различий.

Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи следующих программных пакетов - «Excel MS Office-2003» и «Statistica 6.1». Соответствие структуры данных закону нормального распределения оценивалось на основе вычисления критерия Шапиро-Уилка. Выявлено, что параметры спектра ВСР не описываются законом нормального распределения, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики. Сравнения переменных выполнялись при помощи критерия парных сравнений Вилкоксона. Сравнение групп осуществлялось с использованием U-критерия Манна-Уитни. Данные представлены в виде расчета доверительного интервала. Надежность используемых статистических оценок принималась не менее 95%.

В четвертый блок вошли исследования первичной обращаемости взрослого населения г. Сургута (данные поликлиники «МУЗ Клиническая городская больница №1») в динамике 2010 г. – 107 622 случая обращений по климаточувствительным заболеваниям, включая первичную обращаемость взрослого населения с установлением диагноза, профилактические осмотры и повторные наблюдения по установленным диагнозам; оценка первичной и общей заболеваемости взрослого населения, детей и подростков г. Сургута и Сургутского района (на 1000 населения) по материалам аналитических отчётов комитета по здравоохранению г. Сургута и Сургутского района ХМАО - Югры за период 2004-2010 гг. в условиях региональных климатоэкологических изменений. Оценка влияния метеорологических факторов, уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения произведена также с позиций двух методов – математической статистики, с одной стороны, и ТХС – в оценке параметров состояния квазиаттракторов климаточувствительных заболеваний методом ФПС в m-мерном пространстве признаков и их взаимосвязь с показателями изменчивости климатоэкологических параметров по величине значений объемов квазиаттракторов, которые демонстририровали устойчивую положительную взаимосвязь и существенное влияние метеорологических факторов на частоту обращений по климаточувствительным заболеваниям населения.

Похожие диссертации на Биоинформационный анализ хаотической динамики климатоэкологических факторов и их влияние на здоровье населения Югры

Анализ воздействия модулирующих факторов на динамику развития патологического процесса (экспериментальное исследование)Савин, Евгений Игоревич

Сравнительный биоинформационный анализ параметров кардио-респираторной системы взрослого коренного и пришлого населения ЮгрыСоколова, Александра Александровна

Методология анализа динамики количественных параметров функциональной диагностики сердечно-сосудистой системыФедоров, Виктор Федорович

Биоинформационный анализ микрохаотической динамики параметров вегетативной регуляции организма жителей г. Сургута с хроническими заболеваниямиСтепанова, Динара Игоревна

Влияние факторов среды на рост и экспрессию клонированных генов Escherichia coli Z905/pPHL7 и Bacillus subtilis 2335/pBMB105Бояндин Анатолий Николаевич

Влияние некоторых экзогенных факторов на созревание ооцитов крупного рогатого скота IN VITROСметанина Ирина Геннадьевна

Влияние физико-механических факторов на эффективность гидролиза сахаров и интенсивность сбраживания крахмалистого и лигноцеллюлозного сырьяЗахаркин Денис Олегович

Влияние агробактериальных генов rolA, rolB и rolC на устойчивость к абиотическим факторам и биосинтез антрахинонов в трансгенных культурах Rubia cordifolia L.Веремейчик Галина Николаевна

Оценка влияния экологических факторов на здоровье населения Оренбургской областиСтрекаловская Алевтина Дмитриевна

Оценка влияния экологических факторов окружающей среды на состояние здоровья населения антропогенно-нагруженных территорий на базе системного подходаМашинцов Евгений Арсеньевич