ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 5, с. 75-84
УДК 612.821
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРОВ РИТМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА
© 2004 г. Е. В. Карнаухова, А. В. Карнаухов
Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино Поступила в редакцию 30.01.2003 г.
Построена линейная регрессионная модель для оценки биологического возраста человека. В качестве биологических маркеров используются параметры ритмической активности сердца. Одним из преимуществ использования параметров ритмической активности в качестве биологических маркеров старения является возможность получения набора значений различных параметров ритмической активности сердца для конкретного испытуемого в результате непродолжительной (6-7 мин) процедуры съема показателей ритмограммы. Это облегчает сбор данных для обеспечения надежной статистической выборки и повышения точности модели, а также позволяет использовать ее совместно с другими методами для массовых обследований населения, контроля действия лекарственных препаратов и пищевых добавок. Описанная в статье модель может быть расширена и дополнена другими биологическими маркерами с целью улучшения качества аппроксимации биологического возраста.
В геронтологии в настоящее время широко используется понятие биологического возраста -интегрального показателя, отражающего степень старения организма. Поскольку для разных людей системы и органы стареют с неодинаковой скоростью, то и скорость старения организма в целом для разных людей может отличаться. Поэтому биологический возраст (БВ), как интегральный показатель степени старения организма, может отличаться от календарного возраста (КВ) для отдельных индивидов. Такой подход дает возможность использовать показатель БВ для оценки степени старения организма, что является одной из задач геронтологии, а также использовать этот показатель для объективной оценки действия лечебных и профилактических средств (биологически активных добавок - БАДов).
БВ отдельно взятого человека определяется на основе функциональной зависимости БВ от биомаркеров старения - физиологических показателей организма. В этой связи возникают вопросы определения вида такой функциональной зависимости, выбора наиболее оптимального набора биологических маркеров для определения БВ, вопрос адекватности моделей, полученных для различных популяционных выборок.
Наиболее простой и широко применяемой в геронтологии является линейная регрессионная модель для определения БВ [1]. Коэффициенты линейной регрессии определяются с использованием так называемой референтной или эталонной выборки, т.е. формируется база данных соответствия КВ определенному набору биомаркеров. При этом проводится разделение мужской и женской выборок на основе предположения о
различных темпах и механизмах старения мужской и женской популяций.
Среди множества моделей определения БВ широко известной является так называемая "киевская методика", утвержденная в 1984 г. Минздравом СССР в качестве типовой [2]. В этой методике были определены линейные регрессионные формулы для различных вариантов модели с различным набором параметров. Коэффициенты модели определялись на основе эталонной (киевской) выборки.
В настоящей работе построена линейная регрессионная модель, в которой используются электрофизиологические параметры человека. В качестве биомаркеров модели БВ используются параметры ритмической активности сердца (ритмограммы). Данный набор биомаркеров имеет ряд преимуществ. Во-первых, известно, что наилучшие корреляции с возрастом отмечаются для показателей сердечно-сосудистой системы [3], что дало основания полагать наличие достаточно высокой корреляции параметров ритмической активности с возрастом. Во-вторых, ритмическая активность сердца является интегральным показателем состояния организма в целом [4], поскольку сердечный ритм регулируется нервными и гуморальными факторами с участием вегетативной нервной системы, а также более высокими отделами ЦНС. В-третьих, широкий набор различных характеристик сердечного ритма получается в результате непродолжительной процедуры (5-6 мин) съема показателей ритмограммы, что обеспечивает возможность получения большой статистической выборки, необходимой для построения адекватной модели БВ.
Я-Я, с
покой 192 256 ортостаз 448
М(Я-Я)
Рис. 1. Ритмограммы испытуемых разных возрастов: А - 24 года, Б - 35 лет, В - 47 лет, Г - 62 года.
Изучению ритмической активности сердца посвящены многочисленные исследования, в основном применительно к задачам диагностики различных клинических патологий, анализа зависимости параметров ритмической активности от степени физической нагрузки, а также в космической медицине[5, 6]. В нашей работе ставилась задача исследовать возможность использования параметров ритмической активности сердца для определения биологического возраста человека.
ПАРАМЕТРЫ РИТМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА КАК БИОЛОГИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ СТАРЕНИЯ
Ритмограмма представляет собой упорядоченную последовательность кардиоинтервалов ДII ,
где Д1Ш - временной интервал между ^-зубцами ЭКГ (в с), I - номер кардиоинтервала. Ритмограмма может быть представлена в виде графика (рис. 1), по оси абсцисс которого откладываются номера кардиоинтервалов, а по оси ординат - временные интервалы между ^-зубцами ЭКГ [7].
Для нашей модели использовались параметры ритмограммы до и во время нагрузки, а также в
переходный период. В качестве нагрузки использовалась так называемая активная ортостатичес-кая проба. Сначала регистрировали ритмограмму в положении лежа (192 кардиоинтервала, около 3 мин), затем пациент самостоятельно вставал, и после окончания переходного процесса (64 кардиоинтервала, около 1 мин), регистрировали ритмограмму в положении стоя (192 кардиоинтерва-ла, около 2-3 мин) (рис. 1).
Время и условия проведения обследования подбирались таким образом, чтобы обеспечить наибольшую стабильность результатов эксперимента, по возможности исключив факторы, которые могли бы повлиять на точность определения БВ. Для этого были выбраны дни в середине рабочей недели (среда и четверг), когда организм человека уже адаптировался к ритму рабочей недели после выходных, а время обследований - дообеденное (с 1100 до 1300). Перед снятием ритмо-граммы испытуемому предлагалось 10-15 минут спокойно посидеть в кресле, отдохнуть после ходьбы.
Процедура снятия показателей ритмической активности сердца проводилась в спокойной обстановке, в тишине, испытуемый дышал равномерно, в привычном для него темпе, не разгова-
ривал; вставал по звуковому сигналу компьютера не резко, спокойно. Время перехода из положения лежа в положение стоя составляло 10-15 с.
С учетом того, что модель определения БВ должна быть достаточно устойчивой к выбору состава референтной популяции, требования к состоянию здоровья испытуемых не имели жестких рамок. В обследуемую популяцию в основном входили сотрудники институтов Академии наук в подмосковном городе Пущино, - лица в возрасте от 20 до 70 лет, у которых отсутствовали выраженная сердечно-сосудистая патология и инвалидность. Объем экспериментальной выборки для мужчин и женщин составил соответственно 359 и 471 ритмограмму.
Параметры ритмической активности были получены на программно-аппаратном комплексе "Экспресс" (Центр НТТМ "Контракт") [8]. Использовалось биполярное отведение электродов (по одному электроду на каждой руке и один электрод на правой ноге). Обработку первичных данных и вычисление параметров ритмограмм проводили с помощью пакета программ "Экспресс" [8]. Для построения линейной регрессионной модели БВ использовалась выполненная авторами статьи программа на базе системы инженерных и научных расчетов МАТЬАБ 6.1.
В качестве исходного набора биомаркеров старения в нашей модели были использованы 22 параметра ритмической активности (А;- , где ] - номер параметра) и один единичный параметр А23 = 1, введенный для единообразного описания свободного члена в линейной регрессионной модели (см. следующий раздел).
Параметры ритмической активности сердца, используемые в модели, рассчитываются на основе ритмограммы - первичного набора кардиоин-
тервалов {А гкк }, зарегистрированных при проведении ортостатической пробы.
Часть параметров является характеристикой процессов в положении лежа (л) и стоя (с), и образует пары, например частота сердечных сокращений в положении лежа (ЧСС (л)) и стоя (ЧСС (с)). Будучи самостоятельными параметрами модели, они, тем не менее, задаются одинаковыми формулами, отличающимися только областью определения. Для параметров, характеризующих ритмическую активность сердца в положении пациента лежа, индекс г (номер кардиоинтервала) меняется в диапазоне г е [0, 192]. Для параметров, характеризующих ритмическую активность сердца в положении пациента стоя, индекс г меняется в диапазоне г е [256, 448]. Суммирование по г в формулах (1, 2, 6, 6а) для параметров лежа (л) и стоя (с) выполняется по соответствующим диапазонам изменения г.
С учетом вышесказанного приведем основные соотношения для использованных в модели параметров.
1. А1 - ЧСС (л), А2 - ЧСС (с) - частота сердечных сокращений (мин-1).
А1 (2) - а
ХА г™
(1)
где а = 60 х 192 = 11520 - масштабирующий множитель.
2. А3 - ИН (л), Л4 - ИН (с) - индекс напряженности.
Алгоритм вычисления этого параметра опирается на предварительное построение гистограммы распределения кардиоинтервалов специального вида:
як
АМ(5гп) - уХf(5гп - Агкк),
г
где у = 1/192,
Ып - 0.425(с) + 0.05(с)п (п - 0, ..., 19),
(2)
f (х) -
1, если -0.025 с < х < 0.025 с 0, если х < -0.025 с, х > 0.025 с.
По гистограмме вычисляется мода - значение диапазона кардиоинтервалов:
И0 - Ыт, (3)
такое, что АЫ(Ъгт) - максимально, а также вариационный размах, как разность максимального и минимального кардиоинтервала:
Мв
1 вар - шах(Агкк) -ш1п(Агкк). (4)
Значение индекса напряженности вычисляется следующим образом:
Аз(4) = АМ(М0)/2ММвар, (5)
где соответствующие величины определены для положения лежа (стоя).
3. Л5 = СКО (л), А6 = СКО (с) - среднеквадратичное отклонение набора значений кардиоин-тервалов (с):
А5(6) - У /Х(Агср - Агкк) ,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.