Введение к работе
Актуальность. Проблема сохранения здоровья человека на Севере тесно связана с проблемой адаптации к экстремальным климатогеографическим воздействиям Тюменского Севера. Воздействие комплекса экстремальных факторов внешней среды на организм человека приводит к напряжению механизмов регуляции гомеостаза и, как следствие, проявляется в снижениях возможностей и защитных реакций (Меерсон Ф.З., 1986; Агбалян Е.В., 2004; Агаджанян Н.А. и др., 2006; Буганов А.А., 2006).
Современная медицина имеет дело преимущественно с отрицательными последствиями научно-технического прогресса. Она получает в качестве пациентов людей, которые не смогли адаптироваться к условиям окружающей среды. Решая с различной степенью эффективности задачи восстановления здоровья, медицина не может стать звеном обратной связи в системе человек-среда. Поэтому, вероятным решением этой важной проблемы является использование методов профилактического обследования в распознавании функциональных состояний организма в зоне, пограничной между нормой и патологией. Применение профилактического метода в практике массовых обследований населения показало его эффективность по оценке уровня здоровья отдельных групп населения (Богданов А.Н., 2001; Соколов А.Г., 2002; Карпин В.А., 2003; Козупица Г.С. и др., 2007).
В настоящее время происходит становление новой популяции человека в условиях Среднего Приобья. Детский контингент данного региона представлен, в основном, потомками пришлого населения (аборигенами первого поколения). Трансконтинентальные и трансширотные перемещения отрицательно сказываются на состоянии организма (Матюхин В.А. и др., 1986). Смена экологически привычных ареалов обитания, как правило, предъявляет повышенные требования к адаптивным возможностям организма мигрантов, вызывает существенную перестройку жизненноважных систем, а при неблагоприятных условиях создает предпосылки для развития патологических процессов (Лучанинова В.Н., 1994; Мызников И.Л., 1995; Агаджанян Н.А. и др., 1998; Зуевский В.П., 2000), что неизбежно отражается на состоянии здоровья последующего поколения.
Центральным звеном, зачастую определяющим функциональное состояние организма человека на Севере, является сердце. Электрокардиографические исследования, проведенные у детей и подростков, позволяют выявить основные возрастные закономерности развития биоэлектрической активности миокарда (Макаров Л.М., 2002; Осколкова М.К. и др., 2004; Рублева Л.В., 2005), а вариационная пульсометрия – оценить модулирующее влияние автономной нервной системы на сердечный ритм (Сапожникова Е.Н., 2003; Догадкина С.Б., 2004; Кузнецова О.В., 2007; Крысюк О.Н., 2007; Srinivasan K. et al., 2002).
Распространенность сердечно-сосудистых заболеваний в целом по России как и во всем мире неуклонно растет, причем среди подростков 15-17 лет распространенность выше, чем у детей 0-14 лет (Школьникова М.А. и др., 2003). Возрастает число детей страдающих функциональными нарушениями сердечно-сосудистой системы, поэтому проблема ранней диагностики различных изменений в миокарде и профилактика этих состояний остается крайне актуальной (Леонтьева И.В., 2005).
Правительство Российской Федерации считает вопрос сохранения, укрепления здоровья подрастающего поколения и формирования здорового образа жизни обучающихся, воспитанников образовательных учреждений одной из важнейших государственных задач (Малькова Г.А., 2005). Социально-экономическое благополучие государства и его населения напрямую зависит от здоровья взрослого населения, а оно, в свою очередь, в значительной степени определяется здоровьем детей, так как дисфункции многих систем формируются в детстве (Логинов С.И. и др., 2000; Кучма В.Р. и др., 2008; Литовченко О.Г., 2009). Поэтому без анализа приживаемости укореняющихся мигрантов нельзя решить проблемы освоения новых территорий.
В этой связи представляется наиболее целесообразным изучение реакций лимитирующих систем детского организма на воздействие суровых климатических условий в период его роста и развития. Актуальность данной проблемы определяется еще и тем, что реалии природно-климатических условий каждого северного региона специфичны, а реакции детского организма являются сенситивными к их воздействию и имеют свои характерные особенности.
За последние годы в литературе появились многочисленные исследования, посвященные вопросам патологии сердечно-сосудистой системы производительного населения, в период кратковременного пребывания человека в условиях Сибирского Севера (Агаджанян Н.А. 1996; Гудков А.Б. и др., 2002), изучения биологических ритмов и состояния кардиореспираторной системы жителей северных территорий (Карпин В.А. и др., 2002; Шестакова Г.Н., 2004; Ушаков В.Ф. и др., 2007), течения адаптационных процессов у учащихся и студентов (Гудков А.Б. и др., 2003; Солонин Ю.Г. и др., 2002; Ходас В.В., 2003; Бабейко Р.В., 2004; Лысакова Т.Н., 2005; Логинов С.И., 2008), морфофункциональных и психофизиологических характеристик детей северных территорий (Завертаная Е.И., 2002; Соколов А.Г., 2002; Вяткина Г.Я., 2004; Копосова Т.С. и др., 2008; Литовченко О.Г., 2009), изучению автономной нервной регуляции сердечного ритма у школьников (Сапожникова Е.Н., 2003; Шарапов А.Н., 2003; Догадкина С.Б., 2004; Пономарева Т.А. 2005; Кузнецова О.В., 2007; Srinivasan K. et al., 2002). В то же время, имеющиеся в публикациях сведения о состоянии сердечно-сосудистой и вегетативной нервной систем у отдельных групп населения носят противоречивый характер и требуют дальнейшего анализа и уточнения. Более того, в подобных исследованиях крайне слабо представлен системный подход, медико-кибернетические методы, разрабатываемые последние двадцать лет школой профессора В.М. Еськова (Еськов В.М. 1988-1996, Еськов В.М., Филатова О.Е. 1994-2006), которые могут существенно дополнить эколого-физиологические исследования параметров сердечно-сосудистой системы учащихся Среднего Приобья.
С позиций системного анализа сердечно-сосудистая система человека является подсистемой, выполняющей значимую и относительно самостоятельную роль в деятельности организма как базовой иерархической системы (Еськов В.М., Хадарцев А.А., Филатова О.Е., 1996-2008). Саногенные и преморбидные реакции сердечно-сосудистой системы могут быть наиболее полно представлены в рамках кибернетического подхода.
Таким образом, определение параметров порядка и минимальной размерности фазового пространства состояний сердечно-сосудистой системы детского населения северного региона в зависимости от длительности проживания в специфичных условиях Среднего Приобья, этнической принадлежности и пола представляет собой актуальную проблему биомедицинской кибернетики.
Целью настоящей работы является межпопуляционный анализ особенностей сердечно-сосудистой системы коренного и некоренного детского населения ХМАО-Югры на основе системного анализ поведения вектора состояния организма человека (ВСОЧ).
В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:
-
Провести сравнительный анализ антропометрических параметров и показателей центральной и периферической гемодинамики детей школьного возраста – коренного населения ханты и уроженцев Среднего Приобья, родители которых являлись мигрантами.
-
Осуществить идентификацию системно-значимых количественных показателей физического развития и функционального состояния сердечно-сосудистой системы детей школьного возраста разных популяционных групп Среднего Приобья с учетом параметров фазового пространства, в котором находится вектор состояния организма человека.
-
Идентифицировать размеры аттракторов поведения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве функциональных признаков, связанных с особенностями биоэлектрической активности миокарда, а также исследовать частоту встречаемости возможных функциональных отклонений биоэлектрической активности миокарда у школьников ханты и уроженцев Среднего Приобья 7-17 лет.
-
Исследовать состояние вегетативной регуляции сердечного ритма отдельных возрастно-половых групп в изучаемых популяциях, используя кластерный расчет параметров аттракторов вектора состояния организма человека и корреляционный анализ с показателями электро- и эхокардиографии.
Работа выполнена в рамках:
- грантов Губернатора ХМАО-Югры на создание, развитие и укрепление научно-педагогических школ «Современные подходы в формировании и оценке здорового образа жизни учащихся коренной национальности северного региона» (приказы Департамента образования и науки ХМАО-Югры от 12.09.2006г. №1064 и от 03.07.2007г. №1088);
- региональной программы «Биофизика сложных систем. Разработка теории и методов идентификации сложных систем общей теории иерархических систем» (Гос. № ВН ГИЦ 01.20.0008664).
Научная новизна работы. На основе сравнения изученных физиологических параметров школьников 7-17 лет, на территории Среднего Приобья впервые, изучены особенности адаптации детей школьного возраста к условиям среды с использованием системного анализа и синтеза интегральных характеристик функционального состояния сердечно-сосудистой системы и механизмов ее регуляции. В ходе исследования установлено, что:
- системный подход и дифференциальная оценка индивидуально-типологических особенностей физического развития показала, что основное число обследованных детей имеет слабое и очень слабое телосложение, а с возрастом увеличивается частота встречаемости лиц с умеренными брахиморфными пропорциями;
- у подавляющего большинства детей ханты и половины общего числа детей уроженцев Среднего Приобья выявлен гиперкинетический тип кровообращения;
- выявлена различная возрастная динамика возбудимости миокарда предсердий и желудочков у школьников Среднего Приобья, зависящая от пола и этнической принадлежности;
- с позиций ККТБ доказано, что динамика движения параметров аттракторов биоэлектрической активности сердца в фазовом пространстве состояний в условиях Среднего Приобья характеризуется увеличением объема многомерного параллелепипеда и общего показателя асимметрии у школьников аборигенного населения по сравнению уроженцами Среднего Приобья (кроме девочек 15-17 лет);
- получены данные о высокой частоте встречаемости синусовых аритмий у школьников ханты;
- дана характеристика и показаны особенности вегетативной регуляции сердечного ритма в популяциях школьников Среднего Приобья на основе традиционных стахостических методов и с использованием методов системного анализа и синтеза.
Теоретическая и практическая значимость работы. Материалы оценки риска неблагоприятных изменений в функциональном состоянии сердечно-сосудистой и вегетативной нервной систем на основе интегральных показателей у школьников обеих популяций Сургутского района позволили реально оценить физиологическую цену адаптации к условиям Среднего Приобья.
Системные подходы и методы оценки сердечно-сосудистой системы обеспечивают получение объективной информации о текущем ее состоянии у аборигенного и укоренившегося пришлого детского населения, что позволяет прогнозировать развитие патологических состояний в будущем, расширяют представления о динамике ВСОЧ при разной продолжительности его жизни в гипокомфортных климатических условиях Среднего Приобья.
Результаты исследования по специфике биоэлектрической активности и вегетативной регуляции могут быть использованы для создания региональной программы мониторинга здоровья школьников, проживающих на территории Среднего Приобья, при планировании и внедрении комплексных оздоровительных мероприятий в учебных заведениях северного региона.
Результаты исследования внедрены в работу Сургутской окружной клинической больницы, в лечебно-диагностический процесс лаборатории подростковой патологи НИИ медицинских проблем Крайнего Севера РАМН (г. Надым), в учебный процесс кафедры гигиены с основами экологии ГОУ ВПО «Тюменская государственная медицинская академия», кафедры госпитальной терапии и педиатрии БУ ВПО «Ханты-Мансийский государственный медицинский институт», кафедры экологии ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры».
Основные положения, выносимые на защиту:
- Специфическое влияние климатических условий Среднего Приобья на функционального состояние сердечно-сосудистой системы детей школьного возраста можно оценить наиболее полно и достоверно только при использовании комплексного подхода, включающего в себя как определение морфофункциональных показателей организма ребенка в зависимости от возраста и этнической принадлежности, так и использование системного анализа на базе теории хаоса и синергетики.
- Компартментно-кластерный подход в оценке биоэлектрических процессов миокарда у детей коренного и пришлого населения Среднего Приобья отражает наиболее объективную картину движения вектора ВСОЧ в фазовом пространстве состояний.
- Анализ специфики вегетативного влияния на сердечно-сосудистую систему детского населения ХМАО-Югры позволяет проводить донозологическую диагностику с учетом длительности проживания в климатических условиях Среднего Приобья.
- Знание показателей физического развития и параметров функционального состояния сердечно-сосудистой и вегетативной нервной систем обеспечивает идентификацию возрастно-половых различий параметров порядка в популяционных группах школьников северного региона.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Естествознание на рубеже столетий» (Дагомыс, 2001); I Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы эволюционной и популяционной физиологии человека» (Тюмень, 2001); Международной конференции «Успехи современного естествознания» (Сочи, 2002); Международном научном симпозиуме «Югра-гемо» (Ханты-Мансийск, 2003); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2004); Международной научной конференции «Современные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Паттайя (Таиланд), 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Дети России Образованы и Здоровы - ДРОЗД» (Москва, 2005); IV Российская научно-практическая конференция «Вопросы профилактической медицины в регионах Крайнего Севера» (Надым, 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Формирование здорового образа жизни населения» (Тюмень, 2006); Региональной научно-практической конференции «Здоровый образ жизни как основной фактор формирования здоровья населения Тюменского Севера» (Югорск, 2006); II Международной научной конференции «Современные наукоемкие технологии» (Доминиканская республика, 2007); VI съезде физиологов Казахстана с международным участием (Караганда, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы сохранения здоровья в Сибири и в условиях Крайнего Севера» (Омск, 2007); XX съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва, 2007); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы экологической физиологии» (Алматы, 2008); V Всероссийской научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2008); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы экологической физиологии» (Алматы, 2008); V Всероссийской научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2008); VI Всероссийской научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов риска, экологической безопасности и управления рисками» (Пенза, 2009); ХVI Международном симпозиуме «Эколого-физиологические аспекты адаптации» (Москва, 2009); Международной конференция «Физиология развития человека» (Москва, 2009); III научной конференции с международным участием «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2009); XXXVI Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Ялта-Гурзуф, 2009); XVII Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Ялта-Гурзуф, 2009).
Декларация личного участия автора. Представленная диссертационная работа является обобщенным результатом многолетних комплексных натурных исследований. Планирование и организация экспедиционных выездов, проведение методик, а также обработка, анализ и обобщение материалов исследования выполнены лично автором. Доля личного участия автора в совместных публикациях составляет 70-85%.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 59 работ, в том числе две монографии, 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК МОиН РФ, 48 в других журналах и научных сборниках, материалах региональных, республиканских, международных конференций.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа содержит 378 страниц машинописного текста. Она выполнена в традиционном стиле и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, трёх глав, содержащих результаты собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа содержит 49 таблиц и 52 рисунка. Список литературы включает в себя 560 источников, в том числе 90 на иностранных языках.
ОБЪЁМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленной цели и задач было проведено сравнительное изучение морфофункционального состояния организма детей с помощью поперечного выборочного исследования в зависимости от возраста, пола и этнической принадлежности. Всего в исследовании приняли участие 735 учащихся Муниципальных образовательных учреждений Сургутского района ХМАО-Югры. Из числа обследованных было сформировано две генетически несвязанные группы детей: 413 школьников коренной национальности - ханты (лесные), приезжающих на период учебного года в школы-интернаты (36% от числа всех Юганских ханты в возрасте от 0 до 18 дет, проживающих в Сургутском районе) и 322 школьника (группа сравнения), родившихся в 1-2 поколении от выходцев из различных регионов России – уроженцы Среднего Приобья, постоянно проживающие в условиях сельской местности. В каждой этнической группе дополнительно было выделено по шесть групп: две по половой принадлежности и в каждой три возрастных группы (7-10, 11-14 и 15-17 лет).
Для конституциональной оценки измеряли длину и массу тела, окружность грудной клетки в 3-х фазах, рассчитывали весоростовые индексы, включая Кетле (ИК), площадь поверхности тела, индексы пропорциональности, определяли удельную плотность тела и тип телосложения по индексу Вервека-Воронцова. Для оценки состояния периферической гемодинамики методом Короткова измеряли систолическое (S) и диастолическое (D) артериальное давление, рассчитывали пульсовое давление (Р), среднее артериальное давление (А) способом Вецлера и Богера (Макаров В.А., 2001), коэффициенты выносливости (КВ) и экономичности кровообращения (КЭК), «двойное произведение» (ДП), индекс функциональных изменений (ИФИ). Для оценки состояния центральной гемодинамики рассчитывали систолический (СО) и минутный объем крови (МОК), индексы: ударный (УИ), сердечный (СИ), индекс кровообращения (ИК), определяли по формуле Пуазейля общее периферическое сопротивление (ОПСС) и удельное периферическое (УПСС), типы кровообращения - по методике Савицкого (Ткаченко Б.И., 1996). Оценку основных функций миокарда и вегетативной регуляции осуществляли в состоянии относительного покоя методом электрокардиографии и вариационной пульсометрии (Р.М. Баевский и др., 1997-2000) с помощью кардиоанализатора «Анкар-131» (Россия). После наложения электродов сигнал, поступивший в компьютер, представлялся в реальном масштабе времени, что удобно для контроля качества ЭКГ, правильности наложения электродов и визуального наблюдения. На бумажный носитель выводилась информация о пациенте, ЭКГ и таблицы амплитудно-временных параметров кардиоцикла (12 отведений), электрическая ось сердца, оформление результатов в виде словесного заключения, гистограммы и скатерграммы R-R и ЧСС, мода (Мо), среднеквадратическое отклонение R-R (СКО R-R), вариационный размах (R-R), индекс вегетативного равновесия (Ivr), индекс напряжения (In). Рассчитывали вегетативный индекс Кердо (ВИК). Эхокардиографические показатели исследовали с помощью аппарата ультразвукового исследования GE «Vivid 7 Pro» (США) в М-, В- и доплеровском режимах по стандартной методике с учетом рекомендаций Американского эхокардиографического общества. Определяли линейные размеры левого (ЛП) и правого предсердия (ПП), правого желудочка (ПЖ), конечный диастолический размер левого желудочка (КДР), конечный систолический размер левого желудочка (КСР), конечный диастолический объем левого желудочка (КДО), конечный систолический объем левого желудочка (КСО). Расчет объемов полостей в период систолы и диастолы определялся методом дисков Simpson. Измеряли толщину миокарда межжелудочковой перегородки (МЖП) в диастолу и систолу, толщину задней стенки левого желудочка (ЗС) в диастолу и систолу. Определяли показатели систолической функции левого желудочка: ударный объем (УО), фракцию выброса (ФВ), которую рассчитывали как процентное соотношение УО и КДО, и фракцию укорочения (ФУ), как процентное соотношение разности диастолического и систолического размеров левого желудочка к диастолическому размеру левого желудочка.
Статистический материал обрабатывался с помощью оригинальной зарегистрированной программы (Еськов В.М. и др., 2004) «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве», предназначенной для исследования систем с хаотической организацией. Программа позволяла представлять и рассчитывать в фазовом пространстве с выбранными фазовыми координатами параметры аттрактора состояния динамической системы. Исходные параметры (координаты в m-мерном пространстве) вводили вручную или из текстового файла. Производили расчет координат граней, их длины, объема m-мерного параллелепипеда, ограничивающего аттрактор, хаотического и статистического центров, а также показатель асимметрии стохастического и хаотического центров. Это давало возможность проследить изменение фазовых характеристик во времени и выяснить скорость изменения состояний системы. Кроме того, были использованы общепринятые методы математической обработки с помощью редактора электронных таблиц МS Excel. Определялись средние арифметические значения (), среднеквадратические отклонения (), среднеквадратическое отклонение среднего арифметического (mх), достоверность различий по методу Фишера-Стьюдента, а также коэффициент парной корреляции (r).
