Хроноструктура биоритмов сердца и факторы внешней среды

Факторный анализ, проведенный  с данными зимней выборки, выделил 7 главных факторов. Первый фактор выделяет в качестве главных компонент показатели VHCO_3., VВЕ, AHCO₃, AВЕ, VPH_., APH. Второй – показатели внутрижелудочкового давления. Третий - параметры VPCO₂ и APCO₂. Четвертый – показатели лизосомной активности NSA и EА. Пятый - показатели гемоглобина и артериальное давление. Шестой – не выделил достоверных главных компонент, но ведущую роль в нем играют показатели APO₂ и AVPO₂.  Седьмой – VPO₂.

Таким образом, факторный  анализ в зимний сезон выделяет те же структурные элементы, что и кластерный анализ по методу Уорда. Этот факт подтверждает корректность группировки показателей, полученной методами кластерного анализа.

 

.4.5. Анализ суточных  выборок данных в осенний сезон,  относящихся к высокой геомагнитной  активности

 

Осенний период эксперимента характеризовался повышенным значением  геомагнитной активности.  Это обстоятельство вызвало необходимость провести анализ суточных выборок  из данных осеннего эксперимента. Проводился кластерный анализ данных по методу Уорда и методу k-средних (приведены результаты, полученные методом Уорда).

 

Первые сутки (21.09. 1984)

 

Рис. 15. Дендрограмма, отображающая результаты кластерного  анализа показателей за первые сутки эксперимента в осенний сезон, полученные методом Уорда.

 

В первые сутки осеннего эксперимента наиболее удаленный от остальных показателей кластер состоит из показателей лизосомной активности (CA, NSA, EA), к которым присоединяются показатели AVPO₂ и APO₂   (Рис.15).

Параметры, характеризующие поддержание  активной реакции крови (VHCO_3., VВЕ, AHCO₃, AВЕ, VPH, APH) образуют плотный кластер, в состав которого также входят показатели парциального давления углекислого газа в крови (VPCO₂, APCO₂).

Отдельный кластер образуют показатель геомагнитной активности AP и показатель VPO₂ с показателями гемоглобина в венозной и артериальной крови (VHB, AHB_.).

Показатели, характеризующие деятельность сердечно-сосудистой системы группируются следующим образом: показатели артериального давления (ADMAX_., ADMIN_.); показатели внутрижелудочковых давлений (VPMAXRV, VPREALRV, VPREALLV); пульсовое давление PP и VPMAXLV.

 

Вторые сутки (22.09.1984)

 

Рис. 16. Дендрограмма, отображающая результаты кластерного  анализа показателей во вторые сутки эксперимента в осенний сезон, полученная методом Уорда.

 

Во вторые сутки осеннего эксперимента наиболее удаленный от остальных показателей кластер состоит из показателей лизосомной активности (CA, NSA, EА), к которым присоединяются показатель геомагнитной активности AP и показатель VPO₂ (Рис 16).

Параметры, характеризующие поддержание  активной реакции крови (VHCO_3., VВЕ, AHCO_3., AВЕ, VPH, APH) образуют, как и в первые сутки, плотный кластер, в состав которого также входят показатели парциального давления углекислого газа в крови  (VPCO_2., APCO₂).

Отдельный кластер образуют показатели внутрижелудочковых давлений (VPMAXRV, VPREALRV, VPREALLV, VPMAXLV).

Показатели, характеризующие  артериальное давление (ADMAX_., ADMIN_.) и пульсовое давление PP группируются с показателями гемоглобина в венозной и артериальной крови (VHB_., AHB_.). Далее к ним присоединяются показатели AVPO₂ и APO₂ .

 

Третьи сутки (23.09.1984)

 

Рис. 17. Дендрограмма, отображающая результаты кластерного  анализа показателей за третьи сутки эксперимента в осенний сезон, полученные методом Уорда.

 

В третьи сутки осеннего эксперимента (Рис. 17)  наблюдалось значительное (в 10 раз) увеличение показателей геомагнитной активности. Две геомагнитные бури произошли одна вслед за другой, и вторая буря наложилась на фазу восстановления первой геомагнитной бури. Этому событию будет посвящен отдельный анализ исследования животных в следующих главах данной книги. В данной Главе нас интересовало изменение структуры сезонных связей различных параметров, происходившее в связи с геомагнитным возмущением, т.е. в связи с вариациями Ар – индекса геомагнитной активности.

  Структура связей  на дендрограмме, относящейся к фазе максимального взмущения и возрастания Ар – индекса, представляется полностью измененной по сравнению с предыдущими днями.

Параметры, характеризующие  поддержание активной реакции крови (VHCO_3., VВЕ_., VHCO_3., AВЕ_., VPH, APH) образуют плотный кластер, наиболее удаленный от остальных показателей.  В предыдущие дни наиболее удаленный кластер организовывали показатели  лизосомной активности (CA, NSA, EА). В данном случае они образуют кластер с тремя показателями внутрижелудочковых давлений (VPMAXRV, VPREALRV, VPREALLV).

Остальные показатели образуют ветьв кластера, состоящего  из трех подветвей:

Первое объединение  образует кластер показателей AVPO₂ и APO₂. Второй кластер подветви состоит из показателей парциального давления углекислого газа в крови (VPCO₂, APCO_2.), пульсового давления PP и показателей артериального давления (ADMAX_., АDMIN_.). Третий кластер состоит из показателя геомагнитной активности Aр и показателя VPMAXLV, к которым присоединились показатели гемоглобина в венозной и артериальной крови (VHB, AHB_.) и показатель кислорода в венозной крови VPO₂.

 

4.5. Обсуждение и  выводы

 

При изучении дендрограмм  кластерного анализа за разные сезоны года становится очевидной сезонная перестройка структуры взаимодействия различных функциональных систем организма, как на внутрисистемном, так и на межсистемном уровне. Можно выделить некоторые общие черты, которые определяют характер поведения и взаимодействия функциональных систем в различные сезоны.              В целом, наблюдается сходство выявленных отдельных кластерных структур  исследованных функциональных связей.

Однако, при детальном  анализе видны некоторые различия, относящиеся отдельно к зимне-летнему  и весенне-осеннему сезонам. Это  касается в первую очередь показателей КОС и газового состава крови. Так кластер показателей VPCO₂-APCO₂ в весенний сезон присоединяется к кластерной структуре VHCO_3., VВЕ, AHCO_3., AВЕ_., VPH, APH. Аналогичная кластерная структура наблюдается и в осенний сезон.

 В летний и зимний  сезоны кластер показателей VPCO₂ -APCO₂ существенно удален от кластера, содержащего показатели VHCO_3., VВЕ, AHCO₃, AВЕ, VPH, APH. Этот факт можно трактовать с позиций перестройки в эти сезоны взаимодействия функциональных систем, отвечающих за рН крови и оптимальные для метаболизма величины дыхательных показателей. По всей очевидности, дыхательные механизмы регуляции рН, поддерживающие концентрацию бикарбоната в плазме крови, в весенний и осенний сезоны более активны, чем в летний и зимний сезоны.

Имеются и некоторые  сходства  в структуре показателей, характеризующих деятельность сердечно-сосудистой системы. Летом и зимой показатели внутрижелудочкового давления (VP) образуют симметричную кластерную структуру, в которой показатели правого (RV) и левого (LV)  желудочков объединены попарно. В весенний и осенний периоды показатель максимального давления в левом желудочке сердца VPMAXLV группируется с показателями артериального давления. Следовательно, весной и осенью состояние сосудистого тонуса оказывает существенно большее влияние на функцию сердца, чем в другие сезоны.

Отдельный интерес представляет анализ эффектов повышенной геомагнитной активности, относящейся к периоду осени 1984 года. Оказалось, что показатель геомагнитной активности в 70% случаев образует наиболее тесную связь с показателем напряжения кислорода в венозной крови VPO_2., что говорит о существенном влиянии геомагнитной активности на потребление кислорода в тканях. Помимо этого, из анализа суточных дендрограмм в осенний сезон, когда наблюдалось резкое повышение уровня геомагнитной активности, следует, что вышеуказанные показатели группировались в один кластер с показателями уровня гемоглобина. Геомагнитная активность в среднем была достаточно высокой не только в осенний сезон 1984 года, но и в зимний сезон, что отличает эти сезоны от  весенне-летнего сезонов. Оказалось, что осенью и зимой при повышенной геомагнитной активности к указанным для этих периодов выше показателям КОС присоединялись показатели кислорода в артериальной крови и артериовенозная разница по кислороду. Этот факт свидетельствует, по-видимому, об активном влиянии геомагнитной активности на систему транспорта кислорода в крови.

При анализе суточных дендрограмм в осенний период, характеризующийся высокой геомагнитной активностью,  представляет интерес проследить последовательность образования кластеров вокруг показателя геомагнитной активности. Эта последовательность до дистанции связи, не превышающей значения 1.5,  представлена в Таблице 7.

 

                                                                                 Таблица 7.

Последовательность объединения  кластеров, включающих показатель АР, на суточных дендрограммах в осенний период.

 

21.09(Ар-20)	22.09 (Ар-60)	23.09 (Ар-111)
VPO2	VPO2	VPMAXLV
VHB, AHB	EA, NSA, CA	VPO2, VHB, AHB.

 

На основе данных Таблицы 7 можно сделать вывод, что увеличение абсолютных значений геомагнитной активности (Ар)  проявляется в воздействии на сократительную функцию сердца.

Следует отметить также появление связи со всеми  показателями лизосомной активности печени в период роста значений геомагнитной активности 22.09. Этот факт может свидетельствовать о перестройке характера адаптации организма к внешнему воздействию с использованием лизосомной системы.  Этот  результат подтверждает результаты, полученные  ранее в работах В.А. Фролова с соавт. (1973, 1995) на основе линейного статистического анализа ультраструктуры гепатоцитов и кардиомиоцитов.

В заключение этой Главы  хотелось бы снова подчеркнуть, что  несмотря на неправомерность методов  корреляции Пирсона, опирающихся на гипотезу о нормальности распределения параметров, использованных в книге Чибисова С.М., Овчинниковой Л.К. и Бреус Т.К., (1998), выводы этой работы остаются в основном справледливыми при проверке критериями, свободными от распределения, например, критерием Краскела - Уоллиса.  Применение кластерного анализа, использующего в качестве меры близости элементов кластера ранговую корреляцию Спирмена, свободную от распределения, позволяет дополнительно выявить детали взаимодействия элементов системы, описанные в выводах данной Главы.

                                                    ГЛАВА  5

СУТОЧНО-СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

УЛЬТРАСТРУКТУРЫ   МИОКАРДА НА ПРИМЕРЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ  С ЖИВОТНЫМИ

 

Сезонные изменения  хроноструктуры ритмов сердца должны сопровождаться изменениями ультраструктуры миокарда, которые предполагалось исследовать в наших лабораторных экспериментах с животными. В результате анализа трансмиссионных электронограмм, полученных в различные сезоны и часы суток были выявлены следующие ультраструктурные особенности миокарда. 

 

5.5.Весенний сезон

Анализ результатов  исследования ультраструктуры кардиомиоцитов интактных животных в различное время суток весеннего сезона показывает, что состояние сердечных клеток имеет суточную динамику. В утреннее время (6 часов) выражены явления гиперфункции ультраструктур кардиомиоцитов.

В целом для ультраструктуры  сердца в это время весеннего  сезона характерна следующая картина. Клеточная мембрана разрыхлена. Наружный листок мембраны имеет участки разрушения. Отмечаются явления умеренного внутри- и внеклеточного отека. В цитоплазме имеется большое количество первичных и вторичных лизосом (рис.18). Лизосомы часто заполнены каплями липофусцина и рас-

 

Рис. 18   Электронограмма  миокарда левого желудочка сердца  интактного кролика в весенний сезон. Характерно наличие большого количества первичных и вторичных лизосом, располагающихся скоплениями. (Ув.20.000х)

 

полагаются скоплениями. Очень много исчерченных и  гомогенных липидных включений. Некоторые исчерченные липиды представляют по форме “снимок” с прилежащей митохондрии.

Имеются клеточные ядра различной формы с сохранной  ядерной оболочкой. Встречаются фрагментированные ядра и ядра с инвагинированной мембраной. Хроматин, как правило, распределен по всей нуклеоплазме, но отмечаются также явления его маргинации.

 

Рис.19   Электронограмма  миокарда левого желудочка сердца интактного кролика в весенний сезон. Канальцы саркоплазматического ретикулума расширены. Часто встречаются гранулярные формы СПР.  Ув.20.000х

 

В капиллярах наблюдается  умеренный пиноцитоз. Стенки капилляров в большинстве кардиомиоцитов окружены коллагеновыми муфтами. Встречается коллаген и между миофибриллами. Основная часть канальцев СПР резко расширена. Часто встречаются гранулярные формы СПР (рис.19).

Миофибриллы слегка отечны, местами разволокнены. Есть участки разрывов и пересокращения. Митохондрии полиморфны и распределены неравномерно. Количество митохондрий несколько выше, чем в другие сезоны. Площадь митохондрий меньше, чем среднегодовая, а суммарное количество крист в них больше.

       Количественный анализ состояния митохондриального аппарата показал, что количество органелл, их площадь и состояние крист изменяется в течение суток. Наибольшее количество митохондрий отмечено в 12 часов, а наименьшее - в 6 часов. В 6 часов происходит выраженное набухание митохондрий, о чем свидетельствует увеличение их площади. В это же время отмечено уменьшение крист.

В ночное и утреннее время (0, 3, 6, 9 часов) повышение сократительной функции левого желудочка сопровождается набуханием митохондрий и их крист, вследствие чего уменьшается  количество последних (коэффициент корреляции между VPREALRV и количеством крист равен - 0,941).