В мире 1,7 млрд человек, или каждый четвертый житель страдает лишним весом. У 312 млн человек выраженное ожирение. Ожирение становится неинфекционной пандемией планеты. Само по себе ожирение является фактором риска множества заболеваний [3, 4, 5].
Анализ вариабельности ритма сердца (ВРС) предоставляет возможность выделить признаки дисбаланса активности симпатической и парасимпатической вегетативной нервной системы, определяющей степень выраженности сосудистой патологии с дифференциальной оценкой характера многофункциональных нарушений. Это позволяет более точно определить адаптивные резервы и стрессовую устойчивость индивида, выявить пациентов с высоким риском как острых, так и хронических сосудистых осложнений, осуществлять контроль эффективности назначенной терапии.
Цель исследования - выявить основные детерминанты вариабельности ритма сердца у пациентов с ожирением, проживающих на территориях г. Сургута и г. Санкт-Петербурга, с привлечением методов системного анализа и синтеза параметров квазиаттракторов.
Материалы и методы исследования
В исследовании приняли участие всего 60 человек, больные, страдающие ожирением, г. Сургута (n = 30, возраст больных 41,0 ± 12,82 лет, ИМТ 34,06 ± 2,01 кг/м2), больные, страдающие ожирением, г. Санкт-Петербурга (n = 30, возраст больных 43,06 ± 12,05 лет, ИМТ 34,13 ± 5,40 кг/м2) .
Для обработки полученных результатов использовались различные методы параметрической и непараметрической статистики. В начале статистического исследования проверялось, подчиняется ли выборка гауссовскому (нормальному) закону распределения при помощи одновыборочного теста нормальности W Шапиро-Уилко. К данным, подчиняющимся неправильному закону распределения, применялись непараметрические методы статистического анализа. Учитывая, что распределение показателей ВРС отличается от нормального, все данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха. Интерквартильный размах указывается в виде 25 и 75 % перцентилей. Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимался равным 0,05. Математическая обработка результатов проводилась на компьютере с использованием пакета программ STATISTICA 6.0.
Статистическая обработка данных по поведению вектора состояний ВРС в m-мерном пространстве состояний для больных с СД 2 типа производилась с применением новых подходов в теории хаоса и синергетики [1, 2]. Использование оригинальных зарегистрированных программ, предназначенных для использования в научных исследованиях систем с хаотической организацией, обеспечило идентификацию параметров и центров квазиаттракторов вектора состояний организма в m-мерном пространстве состояний, а также расстояния Z между центрами изучаемых аттракторов. Выделение наиболее значимых параметров порядка производилось с использованием метода, основанного на параллельной идентификации объемов аттракторов в фазовом пространстве для пары кластеров, а затем поэтапного исключения из расчета отдельных компонент вектора состояния биологической динамической системы с одновременным анализом параметров аттракторов и сравнением существенных или несущественных изменений в параметрах аттрактора после такого исключения.
Результаты исследования и их обсуждение
При сравнительном анализе показателей вегетативной регуляции ВРС больных ожирением г. Сургута и г. Санкт-Петербурга выявлено, что у обследованных г. Сургута доминирование низкочастотной части спектра и изменения в структуре спектральных характеристик приводят к смещению вагосимпатического дисбаланса и большему доминированию симпатикотонии в сравнении с аналогичными показателями пациентов г. Санкт-Петербурга (соответственно
LF мс2/Гц (ожирение, г. Сургут) > LF мс2/Гц (ожирение, г. Санкт-Петербург) рм-у3 = 0,03;
LF % (ожирение, г. Сургут) > LF % (ожирение, г. Санкт-Петербург) рм-у3 = 0,00;
HF % (ожирение, г. Сургут) < HF % (ожирение, г. Санкт-Петербург) рм-у3 = 0,00;
LF/HF (ожирение, г. Сургут) > LF/HF (ожирение, г. Санкт-Петербург) рм-у3 = 0,00 (табл. 1)).
Таблица 1 Показатели ВРС пациентов с ожирением г. Сургута и г. Санкт-Петербурга (медиана, 75 перцентиль, 25 перцентиль)
|
Показатели ВРС |
г. Сургут |
г. Санкт-Петербург |
p |
|
Ожирение n = 30 |
Ожирение n = 30 |
||
|
VLF, мс2/Гц |
1438,00; 2771,00; 544,00 |
854,00; 1687,00; 478,00 |
p = 0,07 |
|
LF, мс2/Гц |
1026,00; 1745,00; 570,00 |
700,00; 1131,00; 322,00 |
p = 0,03 |
|
HF, мс2/Гц |
245,50; 687,00; 135,00 |
415,00; 701,00; 128,00 |
p = 0,68 |
|
Total P, мс2/Гц |
3201,00; 5220,00; 1619,00 |
2298,05; 4653,00; 976,00 |
p = 0,11 |
|
LF/HF, у.е. |
2,64; 4,18; 1,56 |
1,49,00; 2,35; 0,92 |
p = 0,00 |
|
LF, % |
72,50; 81,00; 61,00 |
58,50; 70,00; 47,50 |
p = 0,00 |
|
HF, % |
27,50; 39,00; 19,00 |
41,50; 30,00; 52,50 |
p = 0,00 |
|
SDNN, mc |
38,9; 46,01; 27,99 |
32,00; 52,00; 24,00 |
p = 0,81 |
|
СИМ Ед. |
8,50; 13,00; 5,00 |
8,00; 12,00; 4,00 |
p = 0,72 |
|
ПАР, ед. |
7,50; 11,0; 4,00 |
5,00; 10,00; 3,00 |
p = 0,42 |
|
R-R ср., mc |
730,00; 810,00; 680,00 |
786,00; 884,00; 692,00 |
p = 0,28 |
|
HRV, ед. |
7,00; 8,00; 5,00 |
6,50; 9,50; 4,60 |
p = 0,96 |
|
ИВ, ед. |
79,00; 148,00; 44,0 |
75,00; 184,00; 37,00 |
p = 0,89 |
Примечания: Total P (мс2/Гц) - общая спектральная мощность колебаний ритма сердца; VLF (мс2/Гц) - спектральная мощность ВРС в диапазоне ультранизких частот; LF (мс2/Гц) - спектральная мощность ВРС в диапазоне низких частот; HF (мс2/Гц) - спектральная мощность ВРС в диапазоне высоких частот; LF/HF (у.е.) - отношение низкочастотной к высокочастотной составляющей мощности колебаний ритма сердца; LF ( %) - нормализованная спектральная мощность низких частот; HF ( %) - нормализованная спектральная мощность высоких частот; SDNN - среднее 5-минутное отклонение по всей записи кардиоинтервалов R-r (мс); СИМ - показатель активности симпатической вегетативной нервной системы (Ед.); ПАР - показатель активности парасимпатической вегетативной нервной системы (Ед.); R-R - длительность кардиоинтервалов (мс); HRV - триангулярный индекс - интеграл плотности распределения (общее количество кардиоинтервалов), отнесенный к максимуму плотности распределения (Ед.); ИВ - индекс напряженности регуляторных систем (Ед); р - U-критерий достоверности различий Манна-Уитни между группами пациентов с ожирением г. Сургута и г. Санкт-Петербурга.
Системный биоинформационный анализ и синтез диагностической значимости критериев, используемых для идентификации различий между группами, полученных с помощью 2-х подходов (детерминистско-стохастического и хаотического) показал, что использование разных методов расширяет доказательную базу для выделения маркеров региональных особенностей нарушений ВРС. Применение инновационных программных продуктов информационного анализа, базирующихся на теории хаоса и синергетики [1, 2], обеспечивает идентификацию как интегративных характеристик ВРС (объема - VG и показателя асимметрии - rX фазового пространства состояний - ФПС), так и наиболее существенных диагностических критериев различий между группами (в терминологии медицинской кибернетики - это параметры порядка).
Объем и показатели асимметрии S13-мер-
ного ФПС, которые характеризуют диапазон изменений всех 13 анализируемых характеристик ВРС (Total P (мс2/Гц), VLF (мс2/Гц), LF (мс2/Гц), HF (мс2/Гц), LF/HF (у.е.), LF (%), HF (%), SDNN (мс), СИМ (Ед.), ПАР (Ед.), R-R (мс), HRV (Ед.), ИВ (Ед.)) больных ожирением г. Сургута существенно ниже в сравнении с показателями больных ожирением г. Санкт-Петербурга:
VG rX ФПС больных ожирением г. Сургута < VG и rX ФПС больных ожирением г. Санкт-Петербурга, D VG 97,7 %, D rX 77,43 %.
Учитывая результаты анализа ВРС, полученные на I этапе информационного анализа, свидетельствующие о большем доминировании симпатикотонии у больных ожирением г. Сургута (табл. 2), существенное уменьшение характеристик ФПС указывает на сужение приспособительного диапазона ВРС.
Таблица 2 Параметры S13-мерного квазиаттрактора характеристик вектора состояния ВРС больных ожирением г. Сургута и г. Санкт-Петербурга
|
|
Группы наблюдения |
Различия параметров квазиаттракторов ФПС |
||
|
Ожирение |
||||
|
г. Сургут |
г. Санкт-Петербург |
|
||
|
Параметры квазиаттракторов |
VG |
0,22·1030 |
9,72·1030 |
D97,7 % |
|
rX |
2 100,42 |
9 310,29 |
D77,43 % |
|
Примечания: координатами S13-мерного квазиаттрактора вектора состояния ВРС являются - Total P (мс2/Гц), VLF (мс2/Гц), LF (мс2/Гц), HF (мс2/Гц), LF/HF (у.е.), LF ( %), HF ( %), SDNN (мс), СИМ (у.ед.), ПАР (у.ед.), R-R (мс), HRV (у.е.), ИВ (Ед); VG - объем m-мерного пространства ФПС ВРС; rX - показатель асимметрии пространства ФПС ВРС.
Ранжирование диагностических показателей характеристик ВРС пациентов с ожирением обеспечило выделение конечного набора идентификаторов региональных различий вегетативной регуляции ритма сердца - это Total P (mc2) VLF (mc2) LF (mc2). Сравнительный анализ результативности применения разных биоинформационных методов показал, что в отличие от методов традиционного статистического анализа на базе детерминистско-стохастического подхода, использование инновационных методов, базирующихся на теории хаоса и синергетики оказалось более чувствительным к идентификации тех элементов функциональной системы вегетативной регуляции ритма сердечной деятельности, которые определяют различия в характеристиках и соответственно детерминируют поведение отдельных частей и элементов функциональной системы ВРС (Total P (mc2) VLF (mc2) LF (mc2) (табл. 3).Таблица 3 Ранжирование диагностических показателей характеристик ВРС пациентов с ожирением, проживающих на территориях г. Сургута и г. Санкт-Петербурга
|
Ожирение Сургут - Ожирение Санкт-Петербург |
|
|
13-m ФП |
Z0 = 671,37 |
|
VLF, mc2 |
Z1 = 647,24 |
|
LF, mc2 |
Z2 = 513,62 |
|
HF, mc2 |
Z3 = 651,70 |
|
LF/HF |
Z4 = 671,37 |
|
Total P, mc2 |
Z5 = 498,02 |
|
LF, % |
Z6 = 671,21 |
|
НF, % |
Z7 = 671,21 |
|
SDNN, mc |
Z8 = 671,37 |
|
СИМ, ед. |
Z9 = 671,37 |
|
ПАP, ед. |
Z10 = 671,37 |
|
НRV, ед. |
Z11 = 671,37 |
|
R-r, mc |
Z12 = 671,03 |
|
ИВ, ед. |
Z13 = 669,62 |
Примечания: Z1 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении VLF (mc2), мс; Z2 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении LF (mc2); Z3 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении HF (mc2);
Z4 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении LF/HF; Z5 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении Total P (mc2); Z6 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении LF ( %); Z7 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении НF ( %); Z8 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении SDNN (mc); Z9 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении СИМ (Ед.); Z10 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении ПАP (Ед.); Z11 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении НRV (Ед.); Z12 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении R-r (mc); Z13 - расстояние между центрами двух квазиаттракторов при исключении ИВ (Ед.).
Выводы
Использование новых биоинформационных методов, базирующихся на теории хаоса и синергетики, обеспечивает системный подход к идентификации характеристик нейровегетативной регуляции сердечной деятельности. Интегративные характеристики ВРС указывают на более выраженные нарушения вегетативной регуляции ВРС у больных ожирением г. Сургута в сравнении с аналогичными показателями больных ожирением г. Санкт-Петербурга. Идентификаторы - (маркеры) региональных различий вегетативной регуляции ритма сердца - это Total P (mc2) VLF (mc2) LF (mc2).
Рецензенты:
-
Карпин В.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой факультетской терапии медицинского института при ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры», г. Сургут.
-
Филатов М.А., д.б.н., профессор кафедры биофизики и нейрокибернетики ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры, г. Сургут.
Работа поступила в редакцию 31.01.2012.